Fremde Substanzen, wie beispielsweise Feinstaub (PM) und Ultrafeinstaub (UFP), die unter anderem bei Verbrennungsprozessen in Flugzeugen und Dieselmotoren entstehen, können solche Störungen unter Umständen begünstigen. Wie das genau funktioniert, ist aber weitgehend unbekannt.

Um diesen Fragen nachzugehen, wurden im Rahmen des vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz finanzierten Projekts BayUFP Gewebemodelle der Nasenschleimhaut aus menschlichen Primärzellen hergestellt. Die Modelle werden von unten mit Zellkulturmedium versorgt, während die dem Epithel in der Nase entsprechende Oberfläche mit der Umgebungsluft in Kontakt steht. Die Modelle wachsen mehrere Wochen im Labor, bis sie die notwendigen, sehr realistischen Charakteristika der Nasenschleimhaut aufweisen, wie beispielsweise schlagende Kinozilien und Schleimproduktion. Anschließend wurden diese Modelle mit Carbon-Partikeln (~70 nm Carbon Black) behandelt.

Das Forschungsteam der HNO-Klinik konnte kurz nach der Exposition mit Carbon Black (2 Stunden) statistisch signifikante Effekte, die auf Zellschäden hindeuten, nachweisen. Aus biologischer Perspektive waren die Schäden jedoch nicht als zytotoxisch einzustufen. 24 Stunden nach der Exposition war die epitheliale Barriere noch intakt, jedoch messbar niedriger als in der unbehandelten Kontrollgruppe. Dies deutet darauf hin, dass die Barriere gestört ist und eventuell durchlässiger geworden ist, wodurch die Schutzfunktion der Nasenschleimhaut beeinträchtigt sein kann. Um mehr zu erfahren, wären Langzeitstudien und Mehrfach-Expositionen geeignet. Eine relevante Frage hierbei wäre, ob eine Exposition mit Carbon Black oder anderen ultrafeinen Partikeln (UFP) Infektionen oder chronische bzw. allergische Erkrankungen begünstigen kann.

In der aktuellen Publikation ist es dem Team aus der HNO gemeinsam mit Projektpartnern (Oppmann und Dembski vom Fraunhofer ISC, Würzburg und Delaval, Di Bucchianico und Zimmermann im Comprehensive Molecular Analytics (CMA)-Labor, Helmholtz Zentrum München) gelungen ein realitätsnahes Test- und Expositionssystem für solche Fragestellungen zu etablieren. 

Totta Ehret Kasemo, Maximilian Oppmann, Sofia Dembski, Maria Steinke, Elena Lajtha, Helena Moratin, Manuel Stöth, Agmal Scherzad, Mathilde Noémie Delaval, Ralf Zimmermann, Sebastiano Di Bucchianico, Stephan Hackenberg, Till J. Meyer. High concentrations of Printex 90 carbon black ultrafine particles disturb the epithelial barrier in human primary respiratory mucosa models, Environmental Toxicology and Pharmacology, Volume 119, 2025, 104829, ISSN 1382-6689, https://doi.org/10.1016/j.etap.2025.104829.

In der vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt geförderten Studie wird ein Konzept für einen geschmacksbasierten Nachweis von Influenza beschrieben.

Ein Aromastoff (zum Beispiel Thymol) wird an eine leicht veränderte Zuckerverbindung (Sialinsäure) gebunden. Diese Verbindung ist so aufgebaut, dass sie den Aromastoff erst dann freisetzt, wenn das Enzym Neuraminidase des Grippevirus sie spaltet. Durch gezielte chemische Veränderungen, sogenannte O-Methylierungen, wird die Spaltung durch bakterielle Neuraminidasen reduziert. Kommt der Thymol-Zuckerbaustein also mit aktiven Grippeviren in Kontakt, setzen diese ihn frei und es entsteht ein klar erkennbarer Geschmack im Mund.

In Speichelproben aus zwei Grippesaisons wurden Neuraminidase-Aktivitäten gemessen, die eine Geschmacksfreisetzung in der Regel innerhalb von 10 bis 30 Minuten ermöglichten. Molekulare Modellierungen und die Hemmbarkeit durch Oseltamivir stützen die Adressierung des viralen Enzyms, d. h., das virale Enzym wird tatsächlich angesprochen.

Die Studie zeigt demnach, dass das Grundprinzip funktioniert. Wie zuverlässig, sicher und praktisch das Verfahren außerhalb des Labors ist, muss jedoch noch untersucht werden.

Das Prinzip ist übrigens flexibel: Sowohl der Geschmacksträger als auch der Erkennungsbaustein lassen sich anpassen. So kann das System beispielsweise mit süßen, bitteren oder salzigen Geschmacksrichtungen ausgestattet werden, was auch für Kinder geeignet ist. Ebenso lässt es sich auf unterschiedliche Krankheitserreger übertragen.

Somit eröffnet die Methode neue Möglichkeiten für die niederschwellige Diagnostik viraler und bakterieller Infektionen – von Influenza bis hin zu zukünftigen, heute noch unbekannten Erregern.

Zum Würzburger Beitrag: Das Institut für Organische Chemie der Universität Würzburg hat die Synthese des Sensormoleküls mitentwickelt. An der HNO-Klinik des Universitätsklinikums Würzburg (UKW) wurden die klinischen Proben gesammelt, der Gesundheitszustand der Patienten festgestellt und dokumentiert.

Zur Pressemeldung

Martina Raschig, Marcus Gutmann, Josef Kehrein, Eberhard Heller, Michael Bomblies, Marcel Groß, Oskar Steinlein, Peggy Riese, Stephanie Trittel, Tessa Lühmann, Carlos A. Guzmán, Jürgen Seibel, Heinrich Jehle, Christian Linz, Stephan Hackenberg, and Lorenz Meinel. A Viral Neuraminidase-Specific Sensor for Taste-Based Detection of Influenza. ACS Central Science Article ASAP. https://doi.org/10.1021/acscentsci.5c01179

In dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Graduiertenkolleg 2157 „3D Tissue Models for Studying Microbial Infections by Human Pathogens“ etablierten die Forscherinnen und Forscher nun gemeinsam mit Kollegen des Fraunhofer ISC und der Universität Würzburg ein Protokoll, mit welchem diese Tierversuche nun komplett ersetzen werden können: anstatt der tierischen Matrix kommt nun ein synthetisches 3D Fasergerüst aus hochporösem Polyamid 6 zum Einsatz, welches die physiologische Gewebestruktur imitiert. Diese Trägerstruktur ist biokompatibel und ermöglicht den Aufbau differenzierter humaner Atemwegsmodelle, die für die Infektions- und Aromaforschung sowie für viele weitere Fragestellungen verwendet werden können.

Niklas Pallmann, Elena Lajtha, Heike Oberwinkler, Tobias Weigel, Armin von Fournier, Agmal Scherzad, Jean-Marie Heydel, Stephan Hackenberg, Jochen Bodem, Maria Steinke. Improving Human Respiratory Mucosa Tissue Models with Polyamide 6 Scaffolds. Tissue Eng Part C Methods. 2025 Jun;31(6):203-210 doi: 10.1089/ten.tec.2025.0087. Epub 2025 Jun 4

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Besonders innovativ ist der erstmalige Einsatz des sogenannten „Electrode Contact View“, einer neu entwickelten radiologischen Analyse, die die genaue Position jedes einzelnen Elektrodenkontaktes innerhalb des cochleären Ganges (engl. cochlear duct) sichtbar macht.

Die Patientinnen und Patienten erzielten nach der CI-Implantation eine deutlich verbesserte Sprachverständlichkeit. Die Ergebnisse sprechen für den Einsatz flexibler Elektroden zur bestmöglichen Erhaltung empfindlicher Cochlea-Strukturen und zeigen, wie detaillierte Bildgebung zur individuellen Planung und Optimierung beitragen kann.

Müller-Graff FT, Herrmann DP, Spahn B, Voelker J, Kurz A, Neun T, Hackenberg S, Rak K. Position Control of Flexible Electrodes With Regard to Intracochlear Structure Preservation and Hearing Outcomes: A Retrospective Study With Implementation of the Electrode Contact View. Otol Neurotol. 2025 Jun 17. doi: 10.1097/MAO.0000000000004528. Epub ahead of print. PMID: 40570311. https://doi.org/10.1097/MAO.0000000000004528

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Bestrahlte Schleimhaut zeigt deutliche Unterschiede zu gesunder Schleimhaut, darunter unregelmäßige Gewebestrukturen und erhöhte zelluläre Variabilität, was die Abgrenzung zu malignem Gewebe erschweren kann. Die Arbeit bildet eine wichtige Grundlage für die Verbesserung diagnostischer Verfahren bei Patientinnen und Patienten nach Radiotherapie eines Tumors in der Kopf-Hals-Region.

Lisa Thesing, Matti Sievert, Bharat Akhanda Panuganti, Marc Aubreville, Till Meyer, Flurin Müller-Diesing, Agmal Scherzad, Stephan Hackenberg & Miguel Goncalves. Characterization of irradiated mucosa using confocal laser endomicroscopy in the upper aerodigestive tract. European Archives of Oto-Rrhino-Laryngology (2025). https://doi.org/10.1007/s00405-025-09318-8

Tumorboards sind interdisziplinäre Sitzungen, in denen Fachärztinnen und Fachärzte aus verschiedenen medizinischen Bereichen wie Onkologie, Radiologie, Chirurgie und Pathologie zusammenkommen, um die beste Behandlungsstrategie für Krebspatientinnen und -patienten festzulegen. Diese Entscheidungsprozesse sind oft logistisch aufwendig und kostspielig, tragen jedoch maßgeblich zur Verbesserung der Überlebensrate von Krebspatienten bei.

LLMs wie zum Beispiel ChatGPT oder Gemini sind speziell darauf trainiert, menschliche Sprache zu verstehen, zu verarbeiten und zu generieren. LLMs basieren auf tiefen neuronalen Netzen, die durch das Training mit riesigen Mengen von Textdaten lernen, Muster in der Sprache zu erkennen. Sie sind in der Lage, menschenähnliche Antworten auf Fragen zu geben, Texte zu schreiben, zu übersetzen, Texte zu vervollständigen und viele andere Aufgaben im Zusammenhang mit Sprache zu bewältigen

Die Studie untersuchte, inwieweit verschiedene LLMs Behandlungsempfehlungen für Patientinnen und Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren abgeben können, ähnlich den Empfehlungen eines Tumorboards. Um die Leistung der Modelle zu bewerten, wurden die Ergebnisse von medizinischen Expertinnen und Experten überprüft.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Übereinstimmung der Empfehlungen mit den Entscheidungen des Tumorboards je nach Modell bis zu 86 % betrug. Einige Modelle konnten medizinisch vertretbare Entscheidungen treffen, die, selbst wenn sie von den Entscheidungen des Tumorboards abwichen, in bis zu 98 % der Fälle plausibel waren.

Die Studie legt nahe, dass die Künstliche Intelligenz zukünftig eine wertvolle Unterstützung bei der medizinischen Entscheidungsfindung bieten könnten. Das theoretische Szenario zeigt, dass dies bereits technisch möglich wäre.

Marc Aubreville, Jonathan Ganz, Jonas Ammeling, Emely Rosbach, Thomas Gehrke, Agmal Scherzad, Stephan Hackenberg, Miguel Goncalves. Prediction of tumor board procedural recommendations using large language models. Eur Arch Otorhinolaryngol. 2024 Sep 13. doi: 10.1007/s00405-024-08947-9. Epub ahead of print. PMID: 39266750.

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Bei der so genannten anatomiebasierten Anpassung wird nach der Cochlea-Implantation mithilfe einer verbesserten postoperativen Bildgebung und spezieller Analysesoftware die genaue Position der Elektroden im Innenohr ermittelt. Basierend auf diesen Daten wird eine individuelle Anpassung des Audioprozessors vorgenommen. 

Die Methode bietet laut Erstautorin, Privatdozentin Dr. Anja Kurz, die Chance, die Frequenz-Ort-Fehlanpassung, das heißt, die Fehlanpassung zwischen der Tonotopie der Elektrodenanordnung und der Tonotopie der Cochlea zu verringern. Die Tonotopie ermöglicht es dem Gehirn, den unterschiedlichen Frequenzen Schallwellen zuzuordnen und so komplexe Klangbilder, wie Sprache oder Musik, zu verarbeiten. Auf diese Weise konnten die Studienteilnehmenden Sprache in Störlärm besser verstehen und bewerteten ihre Klangqualität subjektiv besser. Fazit: Die anatomiebasierte Anpassung ermöglichte besseres Hören mit beiden Ohren und in lauter Umgebung. Die Untersuchungen wurden im Journal European Archives of Oto-Rhino-Laryngology publiziert. 

Anja Kurz, David Herrmann, Franz-Tassilo Müller-Graff, Johannes Voelker, Stephan Hackenberg, Kristen Rak. Anatomy-based fitting improves speech perception in noise for cochlear implant recipients with single-sided deafness. Eur Arch Otorhinolaryngol (2024). doi: 10.1007/s00405-024-08984-4.

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