Wer neue OP-Techniken einführen möchte oder die Tumorbehandlung verbessern
will, braucht einen langen Atem. Denn hierfür sind klinische Studien
notwendig, die aufwändig und teuer sind. Es gilt zudem viele Gesetze zu
beachten und oft sind weitere Kliniken im In- und Ausland beteiligt. Hier
setzt das neue klinische Studienzentrum der Medizinischen Fakultät der
Universität des Saarlandes an. Dieses will Forscherinnen und Forschern
dabei unterstützen, ihre Ideen für klinische Studien umzusetzen. Bei einem
Eröffnungssymposium am 10. Januar von 13 bis 18 Uhr kann sich die
interessierte Öffentlichkeit über klinische Studien und die
Grundlagenforschung der Universität des Saarlandes informieren.

Wie komplex und langwierig klinische Studien sein können, hat Dr. Viola
Pöschel, die Leiterin des neuen klinischen Studienzentrums, selbst
erfahren. Sie wirkte an einer von Homburg aus geleiteten, internationalen
Studie mit, bei der rund 600 Patienten mit Lymphdrüsenkrebs über zehn
Jahre hinweg in 138 Kliniken in Deutschland, Norwegen, Dänemark, Italien
und Israel behandelt und beobachtet wurden. „Wir haben mit unseren
Forschungsergebnissen neue Standards in der Tumorbehandlung gesetzt und
konnten diese in der renommierten internationalen Fachzeitschrift Lancet
veröffentlichen“, erklärt Viola Pöschel. Der Weg dahin war jedoch mühsam,
denn bei klinischen Studien gilt es eine Vielzahl von Gesetzen zu
beachten, es müssen Genehmigungen verschiedener Behörden eingeholt und
strenge Datenschutzauflagen beachtet werden.

„Hierbei wollen wir künftig die Forscherinnen und Forscher der Universität
des Saarlandes, die klinische Studien durchführen möchten, beraten und
unterstützen. Wir werden zum Beispiel bei der ersten Budgetplanung und den
Antragsverfahren helfen und gemeinsam erörtern, welche weiteren Punkte zu
beachten sind. Dabei steht das Studienzentrum auch während der
Studiendurchführung den Forscherinnen und Forschern zur Verfügung und kann
für sie zum Beispiel das Projektmanagement übernehmen“, erläutert die
Medizinerin, die gemeinsam mit der promovierten Biologin Angelika Wachter
für das neue Studienzentrum zuständig ist. Sie will zudem die
verschiedenen Forschergruppen an der Saar-Universität und dem
Universitätsklinikum noch besser vernetzen, um Erfahrungen zu teilen und
neue Projekte auch fachübergreifend anzugehen. „Wenn etwa Tumorpatienten
mit neuen Medikamenten behandelt werden, können dabei auch
ernährungsmedizinische Aspekte eine Rolle spielen“, nennt Viola Pöschel
als Beispiel.

Worauf es bei klinischen Studien ankommt, werden interessierte Laien bei
dem Symposium zur Eröffnung des Studienzentrums am 10. Januar erfahren.
Unter anderem wird dort Tim Meyer, Professor für Sport- und
Präventivmedizin und langjähriger Arzt der DFB-Nationalmannschaft über
klinische Studien im Leistungssport sprechen, natürlich am Beispiel
Fußball. Um „Ernährung und Demenzprävention“ wird es bei Professor Tobias
Hartmann gehen, er ist Leiter des Deutschen Instituts für Demenzprävention
an der Saar-Universität. Außerdem wird Professor Sven Gottschling,
Chefarzt des Zentrums für altersübergreifende Palliativmedizin und
Kinderschmerztherapie, über klinische Studien in der Schmerz- und
Palliativmedizin sprechen. Privatdozent Dr. Moritz Bewarder wird die
Meilensteine in der Behandlung aggressiver Lymphome vorstellen, die in
Homburg erreicht wurden. An diesen Studien war Viola Pöschel, die Leiterin
des neuen Studienzentrums, maßgeblich beteiligt. In weiteren Vorträgen
werden auch ethische Fragen und die Grundlagenforschung an der
Medizinischen Fakultät in Homburg behandelt.

„Mit dem neuen Studienzentrum wollen wir dem Vorbild anderer Universitäten
in Deutschland folgen, um den Medizin-Standort Homburg für Forscherinnen
und Forscher noch attraktiver zu gestalten. Wir haben hier schon eine
große Bandbreite an hochkarätiger Forschung zu bieten. Dies ist aber kein
Selbstläufer, um kluge Köpfe aus der ganzen Welt ins Saarland zu locken“,
sagt Professor Michael Menger, Dekan der Medizinischen Fakultät. Er
erhofft sich von der intensiven Beratung und Betreuung durch das
Studienzentrum, dass künftig noch mehr qualitativ hochwertige,
wissenschaftliche Studien am Campus Homburg durchgeführt werden können.

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Forscher*innen der TU Berlin entwickeln ein innovatives
Herstellungsverfahren für Solarzellen aus Mond-Regolith für eine künftige
Mondbasis

Der Bau einer Mondbasis als Ausgangspunkt für die weitere Erforschung des
Weltraums sowie zukünftige Marsmissionen ist eines der Kernelemente der
derzeitigen internationalen Weltraumstrategien. Ein zentraler Bestandteil
ist dabei eine möglichst autarke Energieversorgung von einer zukünftigen
Mondstation. Die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft-
und Raumfahrt (DLR) fördert jetzt im Rahmen des Programms „Forschung und
Exploration“ mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und
Klimaschutz das Verbundvorhaben „SoMo – Ein innovatives
Herstellungsverfahren für Solarzellen aus Mond-Regolith“ zwischen dem
Fachgebiet Raumfahrttechnik der TU Berlin und der JPM Silicon GmbH.

Dr. Thomas Driebe von der Deutschen Raumfahrtagentur zur Förderung: „Die
Beteiligung an europäischen Mondmissionen sowie dem Artemis-Programm der
NASA ist bereits heute ein wichtiger Beitrag Deutschlands in der
Weltraumforschung und Exploration. Eine bemannte Mondbasis rückt dabei in
greifbare Nähe und somit auch die Frage nach der Versorgung mit Rohstoffen
und Energie. Die Photovoltaik spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Mit
dem Vorhaben sehen wir eine hervorragende Schnittmenge zwischen
Weltraumforschung und dem weiteren Ausbau der terrestrischen Photovoltaik,
so dass wir mit vielversprechenden Ergebnissen auch dem Schritt in den
Weltraum selbst entgegensehen.”

Vor-Ort-Produktion ersetzt kostspieligen Transport durch Raketen

Um die Nachhaltigkeit einer Mondmission zu erhöhen und ihre Kosten zu
senken, ist die Entwicklung von ISRU-Technologien besonders wichtig für
die zukünftige Erforschung des Mondes. ISRU steht für "In-situ Resource
Utilization" (Nutzung von Ressourcen vor Ort). Dabei handelt es sich um
die Erzeugung von Produkten und Betriebsstoffen wie Wasser, Sauerstoff,
Bauprodukte oder Elektrizität aus vor Ort verfügbaren Materialien und
Ressourcen wie Mondstaub (Mondregolith) und Sonnenlicht. Die Technologien
können dazu beitragen, die Mission mit den benötigten Materialien und
Verbrauchsgütern zu versorgen, die andernfalls mit großem Aufwand von der
Erde geliefert werden müssen. Laut Prof. Dr. Enrico Stoll, Leiter des
Fachgebietes Raumfahrttechnik der TU Berlin, kostet der Transport von
einem Kilogramm Material zum Mond derzeit rund eine Million Euro. „Die
Energieversorgung durch lunare Ressourcen für eine zukünftige Mondbasis
ist daher ein Schwerpunkt unserer Weltraumforschung“, so Enrico Stoll.

Voll funktionsfähige Solarzellen

Das SoMo-Projekt leistet einen Beitrag zu dieser Forschung, indem es den
weithin verfügbaren Mondstaub als Rohstoff für die Herstellung von
Solarpaneelen auf dem Mond nutzt. Die im Projekt angewandte
Herstellungstechnik ermöglicht die Produktion von Siliziumzellen unter
Verwendung zweier auf dem Mond weithin verfügbarer Ressourcen: das
Mondregolith für die Herstellung von Glassubstraten und UV-Licht. Das
Endprodukt ist eine Siliziumzelle auf einer Pufferschicht aus
Aluminiumoxid. Damit sind die ersten Schritte in Richtung einer
nachhaltigen Produktion voll funktionsfähiger Solarzellen auf dem Mond
getan.

Simulate für Mondstaub

Das notwendige Glassubstrat wird vom Fachgebiet Raumfahrt der TU Berlin
hergestellt. Die Arbeitsgruppe um Enrico Stoll hat verschiedene Simulate
für das Mondregolith entwickelt. Diese Pulver ahmen die Eigenschaften
verschiedener Bodenproben nach, die im Rahmen des Apollo-Programms zur
Erde gebracht wurden. Das Glas wird hergestellt, indem die Simulate bei
sehr hohen Temperaturen (über 1500° C) geschmolzen werden. Das gewonnene
Glas wird anschließend vom Team der TU Berlin geformt und nachbearbeitet.
Der Projektpartner JPM Silicon GmbH erzeugt anschließend aus dem
Glassubstrat eine Siliziumschicht, die dann in eine Solarzelle umgewandelt
wird.

Nachhaltige Nutzung von Mondressourcen

„Ziel des Projekts ist es, eine möglichst autarke Energieversorgung für
Explorationsprojekte auf dem Mond zu gewährleisten und gleichzeitig einen
angemessenen Wirkungsgrad der Solarzelle zu erzielen“, so Projektleiter
Juan Carlos Ginés Palomares. „Am Fachgebiet Raumfahrttechnik führen wir
derzeit mehrere Projekte zur Erforschung und nachhaltigen Nutzung von
Mondressourcen durch. Diese gemeinsamen Forschungsarbeiten sind ein
wichtiger Schritt zur Verwirklichung unserer Vision einer sich selbst
tragenden Monderkundung, die langfristige und wirkungsvolle
Erkundungsmissionen ermöglicht.“

Krankmachende Bakterien nutzen molekulare " Shuttle-Services ", um ihren
Injektionsapparat mit dem passenden Inhalt zu füllen

Viele bakterielle Krankheitserreger benutzen Spritzen im Kleinstmaßstab,
um Zellen ihrer Wirte, beispielsweise des Menschen, zu beeinflussen und
sich im Körper ausbreiten zu können. Dabei müssen sie ihre Spritzen immer
mit dem passenden Injektionsmittel befüllen. Eine Technik, mit der sich
die individuelle Bewegung von Proteinen verfolgen lässt, hat nun enthüllt,
wie Bakterien diese anspruchsvolle Aufgabe lösen.

Krankmachende Bakterien der Gattung Salmonella oder Yersinia sind in der
Lage, mit winzigen Schussapparaten schädigende Proteine gezielt in
Wirtszellen zu injizieren - zum Leidwesen der Infizierten. Der
Injektionsmechnismus dieser sogenannten Typ III-Sekretions-Systeme, kurz
auch „Injektisome“, wird jedoch nicht nur im Hinblick auf die
Krankheitsbekämpfung erforscht. Wären Bau und Funktion des Injektisoms
genau bekannt, könnte man es kapern, um gezielt bestimmte Wirkstoffe in
Zellen – zum Beispiel Krebszellen – einzuschleusen. Tatsächlich konnte die
Struktur der Injektisome mittlerweile aufgeklärt werden. Unklar blieb es
jedoch bislang, wie die Bakterien ihre Spritzen beladen, damit die
richtigen Proteine zum richtigen Zeitpunkt injiziert werden.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Andreas Diepold vom Max
Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg und Prof. Dr.
Ulrike Endesfelder von der Universität Bonn ist es nun gelungen, Antworten
auf diese Frage zu finden. Mobile Bestandteile des Injektisoms durchkämmen
die Bakterienzelle auf der Suche nach den Proteinen, die injiziert werden
sollen, sogenannten Effektoren. Treffen sie auf einen Effektor, liefern
sie ihn, wie ein Shuttle-Bus, an der Pforte der Injektionsnadel ab.

„Wie Proteine der Sortierplattform im Zytosol an Effektoren binden und die
Ladung zum Export-Gate des membrangebundenen Injektisoms liefern, erinnert
an die Abläufe an einem Fracht-Terminal“ erklärt Dr. Stephan Wimmi, als
Postdoktorand in Andreas Diepolds Labor und Erstautor der Studie. „Wir
denken, dass dieser Shuttle-Mechanismus dazu beiträgt, die Injektion
effizient und spezifisch zugleich zu machen – schließlich müssen die
Bakterien schnell die korrekten Proteine injizieren, um nicht
beispielsweise vom Immunsystem erkannt und eliminiert zu werden.“

Für diesen Einblick in den wichtigen Lademechanismus des Injektisoms
mussten die Forschenden neue Techniken anwenden. „Herkömmliche Methoden,
mit denen man normalerweise nachweist, dass Proteine einander binden,
haben für diese Frage nicht funktioniert – möglicherweise, weil die
Effektoren nur kurz gebunden und dann direkt injiziert werden“, erklärt
Andreas Diepold, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut. „Deshalb
mussten wir diese Bindung vor Ort und Stelle in den lebenden Bakterien
untersuchen.“

„Zur Analyse der Interaktionen nutzten wir zwei neuartige Ansätze, die in
lebenden Zellen funktionieren: proximity labeling und single particle
tracking“, fügt Ulrike Endesfelder hinzu, deren Forschungsgruppe an drei
Orten an dem Projekt arbeitete, in Marburg, der Carnegie Mellon University
in Pittsburgh und in Bonn. Das „proximity labeling“, bei dem ein Protein
seine unmittelbaren Nachbarn wie mit einem Pinsel markiert, zeigte den
Forschenden, dass die Effektoren im Bakterium an die mobilen Injektisom-
Bestandteile binden. Diese Bindung wurde dann mittels „single particle
tracking“, einer hochauflösenden Mikroskopiemethode, die einzelne Proteine
verfolgen kann, genauer untersucht. Erst diese Methoden, die das Team als
„in situ biochemistry“, also biochemische Untersuchungen an Ort und
Stelle, bezeichnet, erlaubten den Durchbruch, der jetzt im Fachjournal
„Nature Microbiology“ publiziert wurde.

Mit Hilfe ihrer Arbeitsmethode wollen die Forschenden jetzt auch weitere
Mechanismen untersuchen, die Bakterien für Infektionen benutzen, wie
Andreas Diepold sagt. „Je mehr wir darüber wissen, wie Bakterien diese
Systeme während einer Infektion einsetzen, desto eher können wir
verstehen, wie man diese Systeme beeinflussen kann – sei es, um
Infektionen zu verhindern, oder die Systeme umzubauen, um sie in Medizin
oder Biotechnologie selbst zu nutzen.“

Die Rentabilität einer Photovoltaik-Anlage ist Auslegungssache: ARON
(Automated Renewable hOmepower Network), das am Hydrogen Lab Görlitz des
Fraunhofer IWU entwickelte Bewertungstool, bezieht Faktoren wie Standort,
Dachneigung, Stromverbrauchsprofile oder technische Daten der vorgesehenen
Module in die Berechnung ein. Doch ARON kann noch viel mehr: Es
berücksichtigt auf Wunsch auch den Energiebedarf von Wärmepumpen und
empfiehlt eine passende Dimensionierung von Akkuspeichern. Für
Privathaushalte ist ARON kostenlos. Mit ihrer Auslegungssoftware haben
Forschende des Fraunhofer IWU für den TÜV SÜD Leipzig-Stahmeln nun ein
Konzept zur künftig CO2-neutralen Energieversorgung entwickelt.

Wer zuhause Solarstrom erzeugen und eine wichtige Entscheidungshilfe zur
Anlagenplanung nutzen möchte, kann für jeden beliebigen Standort in
Sachsen mit ARON wertvolle Empfehlungen erhalten. Das Tool simuliert den
erwartbaren örtlichen Energieertrag der Photovoltaik-Anlage und gleicht
diesen mit der erforderlichen Investition (für die häufig staatliche
Unterstützung gewährt wird) ab. Vergütungen für eventuell ins Stromnetz
eingespeiste Kilowattstunden und mögliche jährliche Steigerungen dieser
Vergütung (Inflationswert) berücksichtigt das Tool ebenso. Wichtige
Faktoren auf der Verbrauchsseite sind insbesondere Warmwasser und der
Jahreswärmebedarf, der sich aus dem Heizungskonzept des Gebäudes und
seinem Sanierungsstand ergibt. Basis der Berechnungen sind die von der
Europäischen Union bereitgestellten Werte eines »typischen
meteorologischen Jahres«.
Mit ARON erhalten Privatpersonen wichtige Empfehlungen an die Hand, um
gemeinsam mit einem Fachbetrieb in die konkrete Anlagenplanung
einzusteigen. Wichtige Informationen zum Tool und ein Downloadlink sind
auf der Webseite des Hydrogen Lab Görlitz verfügbar.

Wenn das Team um Dr.-Ing. Sebastian Schmidt im Auftrag von Unternehmen
Konzepte für eine nachhaltige Energieversorgung erarbeitet, setzt es
modulare, automatisierte Modellbibliotheken ein, auf denen auch ARON
basiert. Künftig werden in solchen Konzepten auch
Wasserstoffspeichertechnologien, an denen das Hydrogen Lab Görlitz (HLG)
intensiv forscht, eine wichtige Rolle spielen. In einem aktuellen Projekt
erstellte das HLG für den TÜV SÜD eine Konzeptstudie für den CO2-neutralen
Betrieb seines Standortes in Leipzig-Stahmeln. Dieses Konzept entstand im
Rahmen der Anstrengungen des TÜV-SÜD, bis zum Jahr 2025 hinsichtlich
seiner Treibhausgasemissionen klimaneutral zu werden. Für den Standort
Leipzig-Stahmeln ermittelten die Forschenden zunächst den Strom- und
Wärmebedarf und berechneten optimale Auslegungen von Photovoltaikanlagen,
einer Kleinwindkraftanlage, der Wärmepumpe und eines optionalen
Batteriespeichers. Auch hier stand die optimale Balance aus
CO2-Neutralität und Wirtschaftlichkeit im Fokus.