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Michael Simm

Drüsenersatz aus Stammzellen gezüchtet

Geschrieben von Michel2015
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Zum zweiten Mal innerhalb eines Jahres ist es einer Gruppe japanischer Forscher am Riken Zentrum für Entwicklungsbiologie in Kobe gelungen, aus embryonalen Stammzellen der Maus komplexes Ersatzgewebe für das Gehirn zu züchten: Nachdem das Team um den Direktor der Abteilung Neurogenese, Yoshiki Sasai, bereits im April in die Schlagzeilen geraten war, weil man eine Vorstufe der Netzhaut des Auges (Retina) geschaffen hatte, berichten die Forscher nun in der Fachzeitschrift Nature, wie sie durch die geschickte Manipulation der Kulturbedingungen die Entstehung eines Hypophysenvorderlappens gesteuert haben. Beim Menschen wie auch bei Mäusen bildet dieser Teil der Hirnanhangdrüse (Hypophyse) Hormone, die das Wachstum und die Schwangerschaft steuern, sowie bestimmte euphorisierende und schmerzstillende Substanzen, die Endorphine.

 

Hormon-bildende Zellen (rot gefärbt) inmitten von Drüsengewebe, das aus embryonalen Stammzellen gezüchtet wurde. (Foto: Yoshiki Sasai, RIKEN)

Dass die Kunstgebilde aus dem Labor sich möglicherweise als Ersatzdrüse eignen, konnten die Wissenschaftler im Mausversuch beweisen: Sie verpflanzten das neu gezüchtete Gewebe in die Niere von Tieren, denen man zuvor die Hypophyse entfernt hatte. Während Mäuse ohne Hypophyse nur etwa zwei Monate überleben, rettete der Eingriff die Nager und brachte deren Hormonspiegel wieder auf fast normale Werte zurück.

 

Die japanischen Forscher gehören zu den Pionieren der Stammzellforschung, von der Optimisten sich die Zucht von Ersatzgeweben und ganzen Organen für kranke Menschen erhoffen. Dafür müssen sich jedoch viele unterschiedliche Zelltypen räumlich exakt anordnen und miteinander wechselwirken, was bisher nur mit vergleichsweise einfachen Geweben wie Knorpel gelungen ist, und mit Gefäßzellen, die man auf künstlichen Luftröhren angesiedelt hat. Im Gegensatz dazu ist das menschliche Gehirn die komplexeste Struktur im bekannten Universum. Die Entwicklung dieses Organs verstehen die Neurowissenschaftler trotz enormer Fortschritte in den vergangenen Jahrzehnten bisher nur in groben Zügen.

 

Mit der von Sasai und seinen Kollegen entwickelten Technik SFEBq (für engl. serum-free floating culture of embryoid body-like aggregates with quick re-aggregation) gelang es aber immerhin, ausgehend von embryonalen Stammzellen zunächst in Lösung schwebende Zellhäufchen zu schaffen. Stimuliert man diese Häufchen durch die Zugabe bestimmter Signalmoleküle zum jeweils richtigen Zeitpunkt, so können daraus komplexere Gewebe entstehen. Das Verdienst der Japaner ist es, solch ein „molekulares Kochrezept“ gefunden zu haben, mit dem aus embryonalen Stammzellen eine Vorstufe des Hypophysenvorderlappens heranwuchs. Im Inneren dieser sogenannten Rathke-Tasche – benannt nach dem deutschen Anatomen Martin Rathke – konnten die Hirnforscher anschließend mithilfe weiterer Wachstumsfaktoren vier verschiedene Zelltypen sprießen lassen, die jeweils unterschiedliche Hormone bildeten.

 

Dass diese Gebilde das Leben von Labormäusen retten konnten, denen man die eigene Hypophyse entfernt hatte, zeigt das Potential der Technik, freute sich Sasai: „Noch behandeln wir Hypophysendefekte, indem wir die fehlenden Hormone ersetzen. Dabei die richtige Dosis zu finden ist aber angesichts der schwankenden Konzentrationen im Körper nicht gerade einfach. Ich hoffe, dass unsere Ergebnisse zu weiteren Fortschritten der regenerativen Medizin auf diesem Gebiet führen werden.“

 

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Starthilfe für Neuro-Krieger

Geschrieben von Michel2015
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Das amerikanische Verteidigungsministerium nutzt gezielt die neuesten Erkenntnisse und Techniken aus der Hirnforschung, um die US-Streitkräfte besser auf Kriege vorzubereiten. Dies ergibt sich aus mehreren Präsentationen beteiligter Wissenschaftler, die ihre Arbeiten kürzlich im Rahmen der Jahrestagung der Society for Neuroscience in Washington vorgestellt haben.

Bessere Soldaten Dank Neurowissenschaft? (Foto: DARPA)

Durch die Stimulation hinter der Stirn gelegener Hirnregionen mit Schwachstrom ist es einer Arbeitsgruppe um Andy McKinley am Luftwaffenforschungszentrum in Dayton (Ohio) bereits gelungen, die Zielanalyse von Luftbildern aus Aufklärungsflügen zu verbessern. “Angesichts des exponentiell steigenden Bedarfs für militärische Informationen, Überwachung und Aufklärung hat die Air Force Schwierigkeiten, genug qualifiziertes Personal auszubilden, um die gewaltigen Mengen an Bildmaterial auszuwerten, die dabei anfallen”, begründen die Wissenschaftler ihre Studie, die sie unter dem unauffälligen Titel “Nicht-invasive Hirnstimulation zur Beschleunigung des Lernens” vorstellten.

Eine Methode um die Schlagkraft der Aufklärer zu stärken, könnte die so genannte transkranielle Hirnstimulation sein, bei durch die Schädeldecke hindurch Strom- oder Magnetfelder wirken, glaubt McKinley. Zwar wird das Verfahren bisher hauptsächlich in der Grundlagenforschung eingesetzt und zunehmend auch bei Krankheiten wie Depressionen, Schmerzen oder zur schnelleren Rehabilitation nach einem Schlaganfall erprobt. McKinley aber möchte seine Kollegen überzeugen, dass die Hirnstimulation mindestens ebenso gut geeignet sein könnte, um Menschen “bei der Arbeit zu unterstützen und ihre Leistung zu verbessern”.

Diese Arbeit bestand für die 13 jungen Männer in der Studie darin, auf monotonen Radarbildern möglichst schnell die “richtigen” Bombenziele zu finden. Diejenigen, die durch spezielle Elektroden eine halbe Stunde lang schwachen Gleichstrom über der rechten Stirn erhalten hatten, erkannten danach durchschnittlich 6 bis 7 mal mehr richtige als falsche Ziele. Wurde die gleiche Ausrüstung während der halbstündigen Sitzung dagegen nur für 30 Sekunden aktiviert, war die Zielerkennung nicht einmal halb so gut, und die Probanden identifizierten im Mittel nur 3 richtige Ziele für jedes falsche. Wie lange der Nutzen der Hirnstimulation anhält und ob man die Methode auch über viele Wochen hinweg immer wieder anwenden kann, ohne die Aufklärer zu gefährden soll als nächstes erforscht werden, kündigte McKinley an.

Auf die Idee, dass man den Gehirnen der Spezialisten womöglich auf die Sprünge helfen könnte, hatte die Militärs eine Studie von Vince P. Clark und dessen Kollegen vom Mind Research Network in Albuquerque (New Mexico) gebracht. Dort hatte man bei 96 Freiwilligen ebenfalls 30 Minuten lang mit zwei Milliampere Gleichstrom die rechte Seite des Stirnhirns angeregt. Nur eine Stunde später hatte sich die Reaktionszeit halbiert, binnen derer die Versuchsteilnehmer in einer vom Computer geschaffenen virtuellen Umgebung bedrohliche Gegenstände ausfindig machten. Das Geld für die in der Fachzeitschrift Neuroimage veröffentlichte Studie kam von der DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), der Forschungsbehörde der US-Streitkräfte. Die DARPA hat auch McKinleys Arbeit finanziert sowie mindestens acht weitere Studien, die auf der Tagung in Washington präsentiert wurden.

Nach einer Hirnstimulation konnten Bombenziele schneller erkannt werden (Foto: DARPA)

Eine der Fragen, für die die Militärs sich interessieren, sind die “neuralen Mechanismen des Leistungsvermögens in extremen Umgebungen”, so der Titel einer weiteren Untersuchung durch das “OptiBrain Consortium” im kalifornischen San Diego, dem Hauptquartier der US-amerikanischen Pazifikflotte. In dem Forschungsverbund arbeiten Seite an Seite Wissenschaftler der Universität von Kalifornien (UCSD), des Gesundheitsforschungszentrums der Marine (Naval Health Research Center, NHRC) sowie von deren “Spezialzentrum für Kriegsführung”(Naval Special Warfare Center); beteiligt ist aber auch das Olympia-Trainingszentrum im nahe gelegene Chula Vista. Erklärtes Ziel des Teams um den emeritierten Psychiatrie-Professor Martin P. Paulus ist es, “die geistigen Prozesse besser zu verstehen, die unter extremem Stress Vorteile bringen”.

Dazu haben die Forscher elf Mitglieder der Navy-Seals – einer Elitetruppe der US-Marine – in den Hirnscanner gelegt, und deren Reaktion auf unterschiedliche Gesichtsausdrücke erfasst. Zum Vergleich dienten 23 gleichaltrige Geschlechtsgenossen sowie 10 Extremsportler, die bei einer Kombination aus Orientierungs- und Langstreckenlauf (”Adventure Racing”) zu den besten gehörten. Beim Erkennen der unterschiedlichen Gesichtsausdrücke wie Angst, Wut oder Glück erwiesen sich die Hirne der Elitesoldaten wie auch der Extremsportler als besonders zielgerichtet. Sie aktivierten genauer und stärker als bei den Zivilisten den Insellappen (Insula) auf der rechten Seite des Gehirns, dagegen weniger stark den linksseitigen Insellappen. Dieses Areal ist kaum größer als eine Euro-Münze und liegt verdeckt von Stirn- und Schläfenlappen ungefähr dort, wo man anderen Menschen den Vogel zeigt.

Was die nachgewiesenen Unterschiede in der Hirnaktivität zwischen Elite- und “Normalmenschen” zu bedeuten haben, ist angesichts der vielfältigen Funktionen der Insula jedoch nur schwer zu interpretieren. Dieses Areal vermittelt zum Beispiel Geschmack und Ekel sowie Fairness und Mitgefühl, und die Insula beeinflusst auch die Aufmerksamkeit gegenüber Veränderungen. Die Sponsoren der Studie mussten sich daher mit einer eher mageren Beschreibung des Gesehenen bescheiden und mit der Behauptung, man habe “die Reaktion der rechtsseitigen Insula als einen möglichen neuralen Mechanismus für optimale Leistungen unter extremen Umständen” identifiziert.

Kriegsentscheidene Durchbrüche sehen anders aus, und auf der Konferenz in Washington standen der Handvoll rein militärischer Projekte etwa 15000 weitere Präsentationen aus allen Bereichen der Hirnforschung gegenüber. Dass die überwiegende Mehrzahl der 32000 Teilnehmer politisch eher der Demokraten-Partei des US-Präsidenten Barack Obama zuneigt, als dessen Vorgänger George W. Bush, der das Land in zwei Kriege geführt hat, ist ein offenes Geheimnis. Dazu passt auch ein politischer Vorstoß, den bereits im Vorjahr in San Diego auf der gleichen Konferenz Curtis Bell vom Neurological Sciences Institute der Universität Oregon gewagt hatte. Bell präsentierte dort einen Aufruf, wonach Neurowissenschaftler sich öffentlich dazu verpflichten sollten, mit ihrer Arbeit weder Folter noch Angriffskriege jedweder Art zu unterstützen. Immerhin: Mehr als 200 Hirnforscher aus 18 Ländern haben diesen Aufruf bislang unterschrieben. “Auch die Neurowissenschaften haben eine gute und eine schlechte Seite”, so Bell. “Wir sollten die dunkle Seite schwächen und weiter daran arbeiten, den Nutzen der Hirnforschung zu stärken.”

  Quellen:

McKinley A et al. Acceleration of Air Force image analyst training using transcranial direct current stimulation (TDCS). Program No. 830.14. 2011 Neuroscience Meeting Planner. Washington, DC: Society for Neuroscience, 2011. Online.

Clark VP et al. TDCS guided using fMRI significantly accelerates learning to identify concealed objects, NeuroImage, 59 (1): 117-128.

Thom N. et al. Neural mechanisms of performance in extreme environments: Emerging evidence from warfighters and elite athletes. Program No. 830.14. 2011 Neuroscience Meeting Planner. Washington, DC: Society for Neuroscience, 2011. Online.

Paulus MP et al. Differential brain activation to angry faces by elite warfighters: neural processing evidence for enhanced threat detection. PLoS One, 5(4):e10096.

Bell, CC. Pledge of refusal to participate knowingly in applications of neuroscience to torture and aggressive war. Program No. 28.6. 2010 Neuroscience Meeting Planner. San Diego, CA: Society for Neuroscience, 2010. Online.

Weitere Informationen:

Die Zeitschrift “Synesis” hat dem Thema eine Schwerpunktausgabe gewidmet. Unter dem Titel “Neurotechnology in National Security, Intelligence and Defense” finden sich (auf englisch) neun Beiträge im Volltext online.

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Fortschritt bei Genom-Sequenzierung

Geschrieben von Michel2015
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Mit einer neuen Technik ist es Wissenschaftlern der University of California, des J. Craig Venter Institute und der Firma Illumina Inc. in San Diego, Kalifornien, gelungen, aus dem Erbmaterial einer einzigen Bakterienzelle mehr als 90 Prozent der enthaltenen Gene zu sequenzieren, berichtet das Magazin Nature Biotechnology. Bisher brauchte man etwa eine Milliarde Bakterienzellen als Ausgangsmaterial um etwa 95 Prozent von deren Genen zu sequenzieren, oder aber man begann mit einer einzigen Zelle und musste sich damit zufrieden geben, lediglich 70 Prozent der Erbinformationen zu erfassen. In einer Pressemitteilung wird dieser technische Fortschritt als „Durchbruch“ gelobt, mit dem es nun möglich sei, die „Dunkle Materie des Lebens“ zu erfassen.

Mit solch einem Mikromanipulator können Forscher einzelne Bakterien isolieren (Foto: Roger Lasken)

Dieses Wortspiel zielt darauf ab, dass der Großteil aller Lebewesen auf der Erde vermutlich ebenso verborgen und unentdeckt ist, wie die „Dunkle Materie“ im Universum, die nach Modellrechnungen zwar da sein müsste, aber nicht direkt beobachtet werden kann. Nur einen kleinen Bruchteil aller Bakterien und anderer Mikroorganismen können Forscher unter Laborbedingungen nämlich in Reinkultur vermehren – eben dies aber wäre die Voraussetzung, um genug Erbmaterial zur Sequenzierung mit herkömmlichen Methoden zu gewinnen. Eine Alternative besteht darin, unter dem Mikroskop ein einziges Bakterium mit einer feinen Glaskanüle heraus zu picken und dessen Erbgut mittels „Multiple Displacement Amplification“ (MDA) zu vervielfältigen. Bei dieser Technik wiederum fallen jede Menge „Genschnipsel“ an, die teilweise auch noch durch Kopierfehler gegenüber dem Ausgangsmaterial verfälscht sind. Mit einem neuen Rechenweg (Algorithmus), den der Computerwissenschaftler Pavel Pevzner erfunden hat, konnten die Forscher die Genauigkeit der MDA-Technik nun entscheidend verbessern.

Den Beweis erbrachten sie, indem sie ein einzelnes Escherichia coli-Bakterium sequenzierten und das Ergebnis mit der bereits bekannten Reihenfolge der Erbgutbausteine bei diesem Organismus verglichen. Immerhin 91 Prozent aller bekannten Gene von E. coli hatte man mit der verbesserten Variante der MDA gefunden, ergab dieser Vergleich. Als nächstes wandten die Wissenschaftler ihre Technik auf ein bislang unerforschtes Bakterium mit der Bezeichnung SAR324 an, das man vor Ort aus dem Pazifik gefischt hatte und das man Dank der neuen Analysemethode in die Klasse der weltweit verbreiteten Deltaproteobakterien einordnen konnte. Ein Vergleich mit bereits bekannten Gendaten anderer Organismen, die in öffentlichen Datenbanken gespeichert sind, enthüllte dann als nächsten Verwandten von SAR324 die Mikrobe Pleocystis pacifica und die Forscher kamen außerdem einigen Besonderheiten in der Enzymausstattung von SAR324 auf die Schliche. Als nächstes will das Team um Pevzner und den Erfinder der MDA-Technik, Professor Roger Lasken, den Algorithmus für die Genanalyse weiter verfeinern. Mehrere Hundert Röhrchen mit noch unbekannten Bakterien, die Lasken in seinem Labor gehortet hat, könnten dann schon bald ihre Geheimnisse offenbaren.

Originalartikel: Chitsaz H. et al. Efficient de novo assembly of single-cell bacterial genomes from short-read data sets. Nature Biotechnology (2011) doi:10.1038/nbt.1966

Pressemitteilung (engl.): Researchers sequence dark matter of life

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Jeder Dritte krank im Kopf?

Geschrieben von Michel2015
Ein Kommentar

514 Millionen Menschen leben in Europa und jeder Dritte davon leidet mindestens einmal im Jahr an einer psychischen Störung. Diese Botschaft haben Experten um den Mediziner und Psychologen Hans-Ulrich Wittchen vergangenen Montag in Paris auf der Jahrestagung des European College of Neuropsychopharmakology  (ECNP) verbreitet. Sie berufen sich dabei auf die „bislang umfassendste und  zuverlässigste“ Studie zu diesem Thema. Mit einbezogen wurden sämtliche psychischen Erkrankungen sowie mehrere neurologische Leiden bei Kindern, Erwachsenen und älteren Menschen. Noch niemals zuvor habe man das gesamte Spektrum von Hirnerkrankungen in allen Altersgruppen gleichzeitig und in einer einzigen Studie derart gründlich erfasst, heißt es in der zugehörigen Pressemitteilung. Der 25-seitige Bericht wurde zeitgleich mit der Jahrestagung im Verbandsblatt European Neuropsychopharmacology veröffentlicht.

Erschreckend viele Europäer leiden an psychischen Krankheiten

„Es ist schlimmer als wir dachten“, kommentierte Studienleiter  Wittchen, Vize-Präsident des ECNP und Direktor des Instituts für Klinische Psychologie und Psychotherapie an der Technischen Universität Dresden. Psychische Erkrankungen seien zur größten gesundheitlichen Herausforderung Europas im 21. Jahrhundert geworden, und mehr als ein Drittel (38,2 Prozent) der EU-Bevölkerung mindestens einmal im Jahr davon betroffen. Das entspricht 164,8 Millionen Menschen in Europa. Die häufigsten Leiden sind der neuen Statistik zufolge Angststörungen bei 14 Prozent der Bevölkerung, gefolgt von Schlaflosigkeit (7 %), Depressionen (6,9 %) sowie somatoformen Störungen, also körperlichen Leiden als Ausdruck einer psychischen Störung (6,3 %).

Mehr als vier Prozent aller Europäer sind außerdem abhängig von Alkohol und/oder Drogen. Bei Kindern und Jugendlichen zwischen sechs und 17 Jahren wurde mit fünf Prozent besonders häufig eine Aufmerksamkeitsdefizit/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) festgestellt. Außerdem leidet jeder Hunderste zwischen 60 und 65 Jahren an einer Demenz, und bei den Senioren über 85 Jahren sind es sogar 30 Prozent.

Im Vergleich mit einer ähnlichen Erhebung aus dem Jahr 2005 haben geistige Erkrankungen deutlich zugenommen – von damals 27,4 % auf jetzt 38,2 %. Allerdings wurden für die neue Auswertung auch zahlreiche zusätzliche Quellen genutzt und 14 Diagnosen hinzu gefügt, sodass „die neuen Daten nun das wahre Ausmaß geistiger Erkrankungen in allen Altersgruppen besser beschreiben“, heißt es in der Fachpublikation.

Die bereits 2005 festgestellten „notorisch niedrigen“ Behandlungsraten haben sich Angaben der ECNP zufolge nicht verbessert. Europaweit erhalte nur jeder Dritte psychisch Kranke eine angemessene Therapie und selbst in Deutschland mit einem der besten Gesundheitssysteme werde nur jeder zweite Patient „einigermaßen gut“ behandelt, sagte Wittchen.  Er forderte eine frühzeitige, zielgerichtete Behandlung junger Patienten und eine engere Zusammenarbeit zwischen Psychiatern und Neurologen. „Die Krankheiten in beiden Bereichen haben viele Mechanismen gemeinsam und sie beeinflussen sich gegenseitig. Deshalb wird nur eine gemeinsame Vorgehensweise beider Disziplinen das Verständnis und die Therapie dieser Leiden verbessern.“

Erkrankungen des Gehirns würden weiterhin zu wenig beachtet und auch das mangelnde Wissen darüber stehe weiteren Fortschritten im Wege. „Deshalb brauchen wir dramatisch mehr Geld für die Erforschung der Ursachen und möglicher Therapien“, forderte Wittchen. Auch wirtschaftliche Gründe sprächen dafür: Gemessen an der Zahl verlorener Lebensjahre und unter Berücksichtigung der Lebensqualität (sog. DALYs) sind Krankheiten des Gehirns nämlich zur größten Belastung in der EU geworden. Sie verursachen mittlerweile mehr als ein Viertel aller Verluste, vor allem durch Depressionen und Demenz sowie durch die Folgen von Alkoholmissbrauch und Schlaganfällen.

 

Originalartikel: Wittchen HU et al. The size and burden of mental disorders and other disorders of the brain in Europe 2010. European Neuropsychopharmacology (2011) 21, 655-679

Pressemitteilung: The Size and Burden of Mental Disorders and Other Disorders of the Brain in Europe…

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Mehr kluge Vögel im Osten

Geschrieben von Michel2015
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„Wenigstens die Vögel werden schlauer“, war mein erster Gedanke angesichts einer Meldung, die das Senckenberg Forschungsinstitut heraus gegeben hat. Statt lahmer politischer Witze hier meine Kurzzusammenfassung der Forschungsarbeit, die gerade in dem Fachblatt „Biological Conservation“ erschienen ist: Unter 57 Singvogelarten, deren Bestand von ehrenamtlichen Beobachtern des Dachverbandes Deutscher Avifaunisten seit 1991 erfasst wird, haben sich die Arten mit größerem Gehirn in Ostdeutschland und in der Tschechischen Republik vermehrt. In Norddeutschland, das zum Vergleich diente, dagegen fand sich dagegen kein solcher Trend.

Kluge Vögel, wie diese Elster, haben sich nach dem Fall der Mauer im Osten vermehrt

Die Wissenschaftler um Professor Katrin Böhning-Gase vom Biodiversistät und Klima Forschungszentrum in Frankfurt a.M. hatten nach Zusammenhängen zwischen der Bestandsentwicklung und typischen Merkmalen der Vögel gesucht wie zum Beispiel deren Lebensraum und Ernährung, den Anforderungen ans Klima, dem Überwinterungsgebiet und schließlich auch der Größe des Gehirns im Verhältnis zum Körper insgesamt. Um aus der Pressemitteilung zu zitieren, die das Senckenberg heraus gegeben hat:

Dabei stießen die Wissenschaftler auf eine interessante Tatsache: Regionale Unterschiede in der Entwicklung einzelner Vogelarten hängen mit deren Gehirngröße zusammen. Wie die Studie zeigt, haben in Ostdeutschland die Bestände von Singvogelarten, deren Gehirn relativ groß ist, verglichen mit Norddeutschland seit 1989 / 1990 leicht zugenommen. In der Tschechischen Republik hat die Anzahl dieser Singvögel im Vergleich sogar stark zugenommen. Der Ost-West-Unterschied legt nahe, dass dies mit dem gesellschaftlich-wirtschaftlichen Umbruch in beiden Gebieten zusammenhängen könnte. „Die relative Größe des Gehirns wird als Indikator für die kognitiven Fähigkeiten eines Vogels angesehen. Der Bestandsanstieg solcher Singvögel lässt vermuten, dass Vögel mit guten kognitiven Fähigkeiten eher in der Lage sind, sich an schnell ändernde Umweltbedingungen anzupassen. Sie konnten damit die Chancen, die sich nach dem Ende des Kommunismus ergaben, besser für sich nutzen“,

so Böhning-Gase. Zu den Veränderungen, die seit dem Zusammenbruch des Kommunismus die Ausbreitung der Vögel beeinflusst haben sollen, zählt die Forscherin die Besiedelung der Städte und genauer: Die Rückkehr von Parks und Grünanlagen in die Innenstädte einerseits sowie den massiven Bau von Eigenheimen an den Stadträndern andererseits.Die neuen Lebensräume, die so entstanden sind, hätten die Vögel mit größerem Gehirn begünstigt, denn die könnten ihr Verhalten leichter anpassen und seien damit eher in der Lage, in der Nähe von Menschen zu leben. Zu den klügeren, oder jedenfalls anpassungsfähigeren Arten, die dabei aufgrund ihres relativ großen Gehirns im Vorteil sein sollen, gehören demnach Elstern, Eichelhäher und Meisen, wogegen der Dorngrasmücke „geringere kognitive Fähigkeiten“ bescheinigt werden.

Bessere kognitive Fähigkeiten erlauben die Eroberung neuer Lebensräume, erklären die Wissenschaftler. Allerdings frage ich mich, ob es nicht auch andere mögliche Gründe für den Trend geben könnte. Nach dem Fall der Mauer wurden doch nicht nur ein paar neue Häuser gebaut, sondern es hat sich fast alles verändert. Warum sind die Unterschiede zwischen Ost- und Norddeutschland vergleichsweise gering? Welchen Einfluss hatte zum Beispiel die Fütterung im Winter, die Veränderung des Verkehrs oder der Rückgang der Umweltverschmutzung – um nur ein paar Faktoren zu nennen?

Dass viele Fragen offen geblieben sind, haben indes auch die Forscher selbst erkannt und so schlagen sie vor „in Folgestudien den regionalen Fokus auszuweiten und den Zusammenhang zwischen sozioökonomischer Veränderung und Einfluss auf die Vogelbestände über viele Länder hinweg zu vergleichen.“ Von mir aus können sie das gerne tun, auch wenn der Vorschlag irgendwie nicht ganz uneigennützig zu sein scheint. Aber angesichts der Summen, die (ich kann mir den Hinweis nicht verkneifen) zur „Euro-Rettung“ verdummt werden, sollten wir nicht kleinlich sein und statt den Spekulanten lieber die Ornithologen unterstützen. Ich bin schon sehr gespannt, welche Zusammenhänge zwischen politischer Entwicklung und Hirngröße die Vogelforscher uns als nächstes präsentieren werden.

Quelle:

Reif, J., Böhning-Gaese, K., Flade, M., Schwarz, J., Schwager, M. Population trends of birds across the iron curtain: Brain matters. – Biological Conservation (2011), doi:10.1016/ j.biocon.2011.07.009

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Licht an – Diabetes aus

Geschrieben von Michel2015
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Dass Techniker und Erfinder mit ihrem Know-how aus einem Haufen Bauteile Taschenmesser und Uhren, Staudämme und Solaranlagen, Flugzeuge, Smartphones und andere Wunder erschaffen können, gilt vielen als selbstverständlich. Zunehmend aber entdecken Ingenieure die Natur als Baukasten – und sie lernen schnell, lebende Systeme nach ihren eigenen Vorstellungen umzugestalten.

Einen Meilenstein auf diesem Gebiet der „Synthetischen Biologie“ haben nun Schweizer Wissenschaftler um Professor Martin Fussenegger am Department of Biosystems Science and Engineering der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Basel erreicht. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift Science berichten ist es ihnen gelungen, menschliche Zellen so zu verändern, dass sie bei Bestrahlung mit blauem Licht das Hormon GLP-1 bilden, welches eine zentrale Rolle beim Zuckerstoffwechsel spielt

In einem zweiten Schritt verschlossen die Bioingenieure jeweils etwa zehn Millionen der lichtempfindlichen Zellen in durchsichtigen Mikrokapseln und implantierten diese bei sorgfältig ausgewählten Mäusen unter die Haut.

Die Versuchstiere hatten zunächst, ebenso wie menschliche Diabetiker, zu wenig körpereigenes Insulin gebildet. Als die Wissenschaftler jedoch die Haut der Mäuse mit blauem Licht beschienen, wurde der in den implantierten Zellen eingebaute Genschalter aktiviert. Wie geplant stieg dadurch die Produktion von GLP-1 an, es wurde mehr Insulin gebildet und der Zuckerstoffwechsel der diabetischen Mäuse normalisierte sich.

Der Triumph des Teams um Fussenegger und den Erstautor Professor Haifeng Ye baut auf einer Methode, die unter dem Namen Optogenetik seit Jahren Furore macht und die vor allem in den Neurowissenschaften sehr beliebt ist. Die Erbinformationen lichtempfindlicher Algen-Eiweiße werden dafür zusammen geschaltet mit künstlichen „Reporter-Genen“, die aktivierte Zellen aufleuchten lassen.

Mit Laserlicht, das durch eine Glasfaser in derartig manipulierte Hirnregionen geschickt wird, kann man dann Nervenzellen und -Schaltkreise nicht nur aufleuchten lassen, sondern gezielt aktivieren oder stilllegen. Häufig resultieren daraus Verhaltensänderungen, aus denen sich wichtige Informationen über die Funktion der manipulierten Nervenschaltkreise ableiten lassen.

Die Schweizer Bioingenieure haben nun als erste die Optogenetik erfolgreich genutzt, um eine Stoffwechselerkrankung bei Säugetieren zu behandeln, bemerkt Professor Edward Boyden, einer der Pioniere dieser Forschungsrichtung und Leiter der Arbeitsgruppe Synthetische Neurobiologie am Massachusetts Institute of Technology in Boston. „Sie haben auf beeindruckende Weise gezeigt, dass man die körperlichen Funktionen mit dieser Technik verändern kann – und das eröffnet eine ganze Reihe von Möglichkeiten.“ Als Beispiel nannte Boyden eine Präzisierung der Gentherapie.

Näher liegend ist es jedoch, die Produktion von Arzneimitteln und hochwertigen Biomolekülen mit Hilfe von Lichtschaltern zu optimieren.  Bei ihren Vorversuchen am 250 Mitarbeiter starken Departement der ETH hatten die Basler Forscher bereits gezeigt, dass sie bei ihren gentechnisch veränderten menschlichen Zellen in Bioreaktoren die Produktion hochwertiger Proteine durch die Dauer und Intensität der Beleuchtung steuern können.

Wie lange es dauern wird, bis mit der neuen Methode die ersten menschlichen Patienten behandelt werden, darüber mag Fussenegger nicht spekulieren. Theoretisch wäre es zwar vorstellbar, Diabetikern, Rheumatikern, Schmerzpatienten oder Hämophilen ein Implantat mit entsprechend konstruierten Zellen unter die Haut zu setzen und diese Stelle mit einem Pflaster abzuschirmen, das ein paar LED-Lämpchen enthält. Per Knopfdruck ließen sich diese Lämpchen dann anschalten, so dass die gewünschten Substanzen frei gesetzt würden. „Aber das ist noch Science Fiction“, dämpft Fussenegger die Erwartungen.

 

erschienen in der SonntagsZeitung (Zürich). Einen weiteren Artikel aus meiner Feder zu diesem Thema finden sie im Nachrichtenmagazin „Focus“ (Ausgabe vom 7. November) unter dem Titel „Heilen mit Licht“.

 

Quelle:

Ye H et al. A synthetic optogenetic transcription device enhances blood-glucose homeostasis in mice. Science. 2011 Jun 24;332(6037):1565-8

 

 

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Fundstücke: Das war der April 2011

Geschrieben von Michel2015
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Alle zu viele Fundstücke gab es im April nicht zu vermelden, und ohnehin erregt mich diesmal ein ganz anderes Thema: Zum 25. Jahrestag des Reaktorunfalls von Tschernobyl und vor dem Hintergrund der Unglücks in Fukushima kursieren jede Menge Zahlen über die Folgen. So kann sich jeder heraussuchen, was zur eigenen Meinung passt. Die dpa nennt zum Beispiel in einem ziemlich widersprüchlichen Artikel zwischen 10000 und 100000 Tote als Folge des GAU in Tschernobyl.  Wenige Tage zuvor haben jedoch Experten in der Medizinischen Fachzeitschrift New England Journal of Medicine eine ganz andere Rechnung aufgemacht. Mir sträuben sich jedenfalls die Haare, wenn die menschenverachtenden und hilflosen Rettungsversuche in der ehemaligen Sowjetunion gleichgesetzt werden mit dem Verhalten der japanischen Regierung.

Eine allzu einfache Antwort die schwierige Frage, woher die Energie denn kommen soll (aus meinem Fotoalbum 1977)

Als einer, der bereits in den 1970er Jahren gegen die Atomkraft demonstriert hat erlaube ich mir den Hinweis, dass 1. keiner die Anzahl der Todesopfer als Folge der globalen Erwärmung (sprich: Auto fahren, in Urlaub fliegen, am Kamin sitzen und anderer täglicher Aktivitäten) auch nur abschätzen kann und dass 2. alle ca. 28000 Toten in Japan Folgen des Erdbebens und des Tsunamis waren und dass 3. dort (bislang) noch kein einziger Mensch wegen der erhöhten Radioaktivität gestorben ist und lediglich zwei Arbeiter bei Reparaturversuchen nachweislich erkrankt sind.

Was ich damit sagen will? Mich nerven all die Klugsch……, die glauben, sie hätten eine risikolose Patentlösung, um unsere Energieversorgung sicher zu stellen. Kohle, Öl und auch Gas verschmutzen die Umwelt und treiben die globale Erwärmung an. Wasserkraft bedeutet Staudämme. Und von denen sind schon so viele gebrochen, dass die Zahl der Toten die Opfer der Kernkraft bei weitem übertrifft. Trotzdem ruft bei uns keiner nach einer Ethikkommission zur Wasserkraft. Dass Sonnenlicht und Wind kostenlos sind stimmt natürlich – nur richten die sich nicht nach unserem Strombedarf. Und die Behauptung Solarstrom und Windstrom seien kostenlos, risikolos und ohne Nachteile scheint mir ebenso dumm wie der Diskussionsbeitrag: „Der Strom kommt aus der Steckdose .“

Genug davon. Schließlich wollte ich doch noch ein paar weitere Dinge erwähnen, die zumindest aus wissenschaftlicher Sicht im April bemerkenswert waren:

  • Zeig mir Deine Darmbakterien und ich sage Dir, wer Du bist? Ziemlich überraschend kommt die Entdeckung, dass alle Menschen sich anhand ihrer Darmflora in nur drei Gruppen einteilen lassen. Diese drei so genannten Enterotypen werden jeweils von unterschiedlichen Bakteriengruppen geprägt: Bacteroides, Prevotella oder Ruminococcus. Offenbar wirken sich diese Typen sowohl auf die Vitaminversorgung aus, als auch auf das Körpergewicht. Hier geht es direkt zur Studie, auf deutsch gibt es auch eine Pressemitteilung des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg.
  • Schwedische Studie zum Herzinfarkt: Neue Richtlinien befolgt – 30-Tage-Sterblichkeit halbiert.
  • Tai Chi bessert Lebensqualität, aber nicht Überlebenschancen bei anhaltender Herzschwäche (engl. Pressemitteilung). Und Yoga verringerte in einer Studie die Häufigkeit von Herzrhytmusstörungen – genauer von vorübergehendem Vorhofflimmern (Pressemitteilung dazu).
  • Und nochmal Herzinfarkt: Die Infusion von Stammzellen aus dem Knochenmark von Patienten in das Infarktgefäß, nachdem diese einen Stent zur Aufdehnung der Koronararterien erhalten hatten, brachte keinen zusätzlichen Nutzen, berichten Fachleute auf der 77. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kardiologie in Mannheim (knappe Pressemitteilung).
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Licht hilft bei Depression in der Schwangerschaft

Geschrieben von Michel2015
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Schwangeren, die an einer Depression leiden und aus Angst vor Nebenwirkungen auf die Einnahme von antidepressiven Medikamenten während der Schwangerschaft verzichten wollen, kann mit einer Lichttherapie effektiv geholfen werden. Das meldet die Universität Basel in einer Pressemitteilung:

Etwa zehn Prozent aller Schwangeren leiden an einer behandlungsbedürftigen Depression. Unbehandelt kann diese Erkrankung nicht nur für die Mutter, sondern auch für das Ungeborene schwere Folgen haben, beispielsweise in Form von Frühgeburten, Geburtskomplikationen und niedrigem Geburtsgewicht. Aus Angst vor den Risiken und Nebenwirkungen möchten viele Frauen aber während der Schwangerschaft auf die Einnahme von antidepressiven Medikamenten verzichten. Psychotherapie und andere bei Depressionen eingesetzte Interventionen alleine helfen aber oft nicht ausreichend.

Wie Forschende der Universität Basel nun in einer vom Schweizerischen Nationalfonds unterstützten Studie belegen, könnte Lichttherapie eine Behandlungsalternative sein. Lichttherapie hat sich in der Behandlung von verschiedensten Formen von Depressionen bereits bewährt; zudem ist sie für das Ungeborene ungefährlich. Deshalb haben Ärztinnen und Ärzte sowie Forschende der Universitären Psychiatrischen Kliniken Basel und der Universitäts-Frauenklinik Basel unter der Leitung von Prof. Dr. Anna Wirz-Justice und Prof. Dr. Anita Riecher-Rössler die Wirksamkeit der Lichttherapie für depressive Erkrankungen in der Schwangerschaft untersucht.

Bei Schwangeren, die an der Universitäts-Frauenklinik Basel sowie in verschiedenen gynäkologischen Praxen in Behandlung waren und eine depressive Symptomatik zeigten, wurden in der Psychiatrischen Universitäts-Poliklinik weitere Abklärungen getroffen. Davon haben sich 27 Schwangere, die die Kriterien einer schwereren depressiven Erkrankung erfüllten, nach ausführlicher Aufklärung an der Studie beteiligt. Sie wurden zufällig entweder mit weissem Licht (7000 Lux) oder mit gedämpftem roten Licht (70 Lux, Placebo) während fünf Wochen jeden Morgen eine Stunde lang zu hause behandelt. Die Studie wurde doppelblind durchgeführt, sodass weder die Patientin noch ihre Psychiater wussten, ob die Frauen eine wirksame Lampe erhalten hatten oder nicht. Die depressive Symptomatik der Probandinnen wie auch eventuelle Nebenwirkungen wurden wöchentlich mit verschiedenen Fragebögen erfasst.

Die Lichttherapie mit hellem Licht erwies sich der Placebo-Therapie mit schwachem Licht gegenüber als deutlich überlegen. Schon nach fünf Wochen zeigten die Schwangeren mit Lichttherapie in 81 % der Fälle eine deutliche Besserung, 69 % waren symptomfrei, während die entsprechenden Zahlen in der Placebo-Gruppe nur bei 46 % bzw. 36 % lagen. Die Lichttherapie könnte damit eine einfache, kosteneffektive Therapie bei Depression in der Schwangerschaft darstellen – mit minimalen Nebenwirkungen und ohne bekanntes Risiko für das Ungeborene.

Quelle:

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Hirnstruktur spiegelt politische Einstellung

Geschrieben von Michel2015
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Einen Zusammenhang zwischen der politischen Einstellung und der Ausprägung bestimmter Hirnstrukturen haben mehrere Forscher aus London gefunden. Wie sie in der online-Ausgabe der Zeitschrift Current Biology berichten, war bei Studenten, die sich als freiheitlich (engl. „liberal“) bezeichneten der vordere Bereich des so genannten Gyrus cinguli vergrößert. Konservative hatte dagegen einen größeren Mandelkern (Amygdala).

Für seine Forschung hatte Geraint Rees vom University College London mit seinem Kollegen Ryota Kanai 90 Studenten zunächst einen Fragebogen ausfüllen lassen, in dem sie ihre politische Orientierung notierten, und dann die Hirne der freiwilligen Versuchspersonen mit Hilfe der funktionellen Kernspintomografie vermessen. Das Ergebnis deckt sich einerseits mit den bekannten Aufgaben der auffälligen Hirnregionen und andererseits mit früheren psychologischen Untersuchungen. Demnach sind Menschen mit eher liberalen Einstellungen besser in der Lage, widersprüchliche Informationen zu verarbeiten, was eine Funktion des Gyrus cinguli ist. Konservative können dagegen Bedrohungen leichter erkennen – und die werden im Mandelkern registriert und bewertet.

„Man wusste bereits, dass bestimmte psychologische Merkmale Rückschlüsse auf die politische Orientierung erlauben“, erklärte Kanai. „Unsere Studie hat nun einen Zusammenhang zwischen diesen Persönlichkeitsmerkmalen und bestimmten Hirnstrukturen nachgewiesen.“ Offen ist laut Kanai noch die Frage, ob die politische Einstellung die Größe der identifizierten Hirnregionen beeinflusst, oder ob umgekehrt erst die mehr oder weniger starke Ausprägung von Gyrus cinguli und Mandelkern der Entwicklung liberaler oder konservativer Denkweisen voraus geht. Natürlich sei die schematische Unterteilung der Politik in Links und Rechts eine grobe Vereinfachung, räumt Kanai ein. „Prinzipiell lässt sich diese Methode aber auch nutzen, um Zusammenhänge zwischen Hirnstrukturen und anderen Denkweisen aufzudecken.“ Vielleicht könnten die Unterschiede im Denkorgan ja auch erklären, warum manche Menschen sich überhaupt nicht für Politik interessieren, oder warum der eine lieber einen Apple-Computer kauft und der andere lieber einen PC.

Den Anstoß zur Forschungsarbeit von Rees und Kanai hatte der britische Schauspieler Colin Firth gegeben, der zusammen mit dem Wissenschaftskorrespondenten der BBC, Tom Feilden in einer Radiosendung Ende 2010 nach Unterschieden in der Hirnstruktur zwischen Politikern unterschiedlicher Parteien gefragt hatte und dazu den Konservativen Abgeordneten Alan Duncan und den Labour-Abgeordneten Stephen Pound gewinnen konnte. Der Ex-Liberale Firth hatte damals als Grund für seinen Wissensdurst der Zeitung Daily Mail verraten: „Ich wollte einfach nur herausfinden, was nicht stimmt mit der Biologie bei Leuten, die andere Ansichten haben als ich.“

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Gentherapie bessert Parkinson-Krankheit

Geschrieben von Michel2015
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Nun ist es offiziell: Patienten, die an der Parkinson´schen Krankheit leiden, kann mithilfe einer Gentherapie geholfen werden. Dies zeigt die erste erfolgreiche Studie, bei der diese Methode mit Placebo verglichen wurde. 16 Patienten, denen man gentechnisch veränderte Viren ins Gehirn injiziert hatte, verbesserten sich auf einer gebräuchlichen Bewertungsskala binnen eines halben Jahres um durchschnittlich 23 Prozent. Zwar verbesserte sich auch die Beweglichkeit von 21 weiteren Patienten, die lediglich eine Scheinoperation erhielten. Hier betrug der Unterschied zur Ausgangssituation jedoch im Mittel nur 13 Prozent.

Eher skeptisch: Prof. Wolfgang Oertel, Direktor der Klinik für Neurologie an der Uni Marburg und neuer Präsident der Deutschen Gesellschaft für Neurologie (Foto: Gust)

Wenig euphorisch reagierte indes auf diese Nachricht einer der führenden Parkinson-Experten Deutschlands, Prof. Wolfgang Oertel, Direktor der Klinik für Neurologie am Universitätsklinikum Marburg: „Die hier vorgestellte Therapieform ist noch nicht über den Status eines erfolgreichen Experimentes hinaus gekommen“, so Oertel in einer Pressemitteilung der Deutschen Gesellschaft für Neurologie (DGN), deren Präsident er ist. Und weiter: „Patienten sollten sich keine kurzfristigen Hoffnungen machen und zunächst weiterhin auf eine Reihe bereits etablierter und sicherer Behandlungsverfahren setzen.“

Trotz Medikamenten hatte sich der Zustand der zwischen 30 und 75 Jahre alten Patienten immer weiter verschlechtert, berichten die Studienautoren um Michael Kaplitt vom Weil Cornell Medical Center in der Fachzeitschrift Lancet Neurology. Sie litten zunehmend unter den typischen Symptomen der Krankheit wie Zittern (Tremor), Steifigkeit (Rigor) und verlangsamten Bewegungen (Dyskinesie). Daher habe man versucht, die fortscheitende Unterversorgung bestimmter Hirnregionen mit dem Botenstoff GABA durch die Infusion von Milliarden gentechnisch veränderter Viren in den so genannten Nukleus subthalamicus zu beheben, einen tief im Gehirn gelegenen Nervenknoten. Dem Eingriff waren jahrzehntelange Experimente in Zellkulturen, mit Versuchstieren und schließlich auch mit menschlichen Patienten voraus gegangen. Dabei hatten schwedische und US-amerikanische Arbeitsgruppen wiederholt Verbesserungen gemeldet, bei denen aber nicht auszuschließen war, dass sie eine Folge des so genannten Placebo-Effekts waren, bei dem bereits die Erwartungshaltung des Patienten eine Verbesserung bewirkt. Die wenigen kleinen Placebo-kontrollierten Studien wiederum hatten die anfänglichen Erfolgsmeldungen nicht bestätigen können.

Vergleich mit Scheinoperation

In der aktuellen Studie konnte nun erstmals eindeutig gezeigt werden, dass der Behandlungserfolg nicht alleine durch den Placeboeffekt erklärt werden kann. Tatsächlich verbesserte sich nach der Infusion der Viren die Beweglichkeit der Patienten auf der Skala UPDRS um 10 Prozentpunkte mehr als in der Vergleichsgruppe, bei der die Ärzte lediglich ein Loch in die Schädeldecke gebohrt hatten und bei der die Patienten selbst nicht wussten, ob sie eine echte Behandlung bekamen oder lediglich eine Scheinoperation.

Angesichts des eindeutigen Unterschiedes zugunsten jener Patienten, die eine echte Behandlung bekommen haben, sehen die beteiligten Wissenschaftler in der Gentherapie eine neue Alternative zur herkömmlichen Behandlung mit Medikamenten oder chirurgischen Eingriffen. Auch sei die Methode eine erfolgversprechende Option bei anderen neurologischen Erkrankungen. Die Forscher merken aber auch an, dass es bezüglich der Dyskinesien und der Lebensqualität keine bedeutsamen Unterschiede zwischen den beiden Vergleichsgruppen gegeben habe.

Auch deshalb gibt DGN-Präsident Oertel sich eher skeptisch: Die erzielte Wirkung sei auch nicht besser als mit einigen milden bis mittelstarken Medikamenten, die den Ärzten zur Verfügung stehen, auch müsse das Ergebnis der Studie an einer größeren Anzahl bestätigt werden. „Zusammenfassend ist diese Studie also von hohem wissenschaftlichen Interesse, für die Behandlung der Parkinson-Patienten im Jahre 2011 hingegen hat sie noch keine therapeutische Bedeutung.“

Quelle:

Lewitt, PA et al. AAV2-GAD gene therapy for advanced Parkinson´s disease: a double-blind, sham-surgery controlled, randomised trial. Lancet Neurology online, March 17, 2011. DOI:10.1016/S1474-4422(11)70039-4.

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