Annika Munko | StudentenPACK.

Prof. Dr. Werner Solbach war 20 Jahre lang Professor an der Uni Lübeck und brachte Generationen von Studenten die Mikrobiologie näher.

20 Jahre ist es her, dass er an die Uni Lübeck kam: Prof. Dr. Werner Solbach, nicht nur Generationen von Medizinstudierenden aus Mikrobiologie-Praktikum oder -Prüfung bekannt. Im September hielt er nun seine Abschiedsvorlesung. Was ihn nach dem Studium in Mainz und wissenschaftlicher Arbeit in Erlangen in den Norden gelockt hat und welche Veränderungen er an der Uni Lübeck miterlebt hat, erzählt er nun im Interview. Darüber hinaus gibt Solbach interessante Einblicke in einige der zahlreichen Ämter, die er innehatte oder weiterhin hat und verrät, womit er in Zukunft gerne noch Zeit verbringen möchte.

StudentenPACK: Sie haben die Mikrobiologie schon im Studium für sich entdeckt – was begeistert Sie daran?

Werner Solbach: Das war im Grunde Zufall: Ich habe meine Doktorarbeit in der Medizinischen Mikrobiologie geschrieben. In meiner Arbeitsgruppe wurde damals mit T-Lymphozyten gearbeitet – Ende der 70er Jahre im letzten Jahrhundert wurden die in Deutschland so gut wie gar nicht erforscht. Meine Aufgabe war es herauszufinden, wie man T-Zellfunktionen durch Antibiotika beeinflussen kann. Dadurch habe ich die Mikrobiologie kennengelernt und festgestellt, dass hinter jeder Infektion ein kranker Patient steht. Diese Schnittstelle zwischen Patient und Erreger hat mir sehr gut gefallen. Das Fachgebiet ist mit den Bakterien, Viren, Pilzen und Parasiten außerordentlich abwechslungsreich. Dies hat mich sehr gereizt. In der Facharztweiterbildung gab es die Versuchung Kinderarzt zu werden. Auch ein tolles Gebiet. Aber im Bereich der Infektionen war es am Ende doch nicht so abwechslungsreich wie die Mikrobiologie, die es ja nicht nur mit Kindern zu tun hat. Ich habe meine Entscheidung nie bereut.

PACK: Was hat Sie vor 20 Jahren nach Lübeck gelockt?

Solbach: Ich hatte irgendwann das Gefühl, es wäre an der Zeit für einen Ortswechsel. Ich erhielt dann gleichzeitig zwei verschiedene Rufe, der eine kam aus Lübeck. Von Lübeck wusste ich ehrlich gesagt nicht so ganz genau, wo es liegt und vor allem nicht, dass es so nah an der damaligen Zonengrenze lag. Ich bin dann mal hier hochgefahren und mir hat nicht nur die Stadt gefallen, sondern ich hatte von Anfang an das Gefühl, dass das Umfeld hier passt. Ich hatte von den damaligen Kollegen den Eindruck, dass alle an einem Strang ziehen und gemeinsam etwas erreichen wollen. Es gab eine außergewöhnliche „Willkommenskultur“. Außerdem gab es einen Sonderforschungsbereich in Kooperation mit dem Forschungszentrum Borstel und ein Graduiertenkolleg, beide hatten mit Infektionen zu tun. Das waren sehr gute Voraussetzungen und eine starke Motivation, an einem Forschungsschwerpunkt zu Infektionen mitzuarbeiten.

PACK: Was sind die größten Veränderungen, die Sie hier an der Uni miterlebt haben?

Solbach: In der Forschung wurden damals viele Dinge in hanseatischer Tradition mit Handschlag und Vertrauen erledigt. Die Prozesse waren viel weniger formalisiert und es musste nicht alles kleinteilig dokumentiert werden. So wurde beispielsweise den verschiedenen Forschungszentren der Universität der gleiche Anteil des verfügbaren Budgets zugeteilt – das wäre heute undenkbar. Dass heute alles an Kennzahlen festgemacht wird, an deren Erhebung eine Vielzahl von Koordinatoren und Koordinatorenkoordinatoren beteiligt sind und deren Sinn teilweise niemand mehr hinterfragt, das betrachte ich als eine der größten Veränderungen. Es lohnt sich nicht, dem nachzuweinen, aber viele Dinge waren deutlich unkomplizierter.

PACK: Durch Ihr Engagement für die Themen, für die nun mit dem Z.I.E.L. ein zentrales Gebäude geschaffen wird, sind Sie selbst für eine große Veränderung mit verantwortlich. Was erhoffen Sie sich vom Z.I.E.L. für die Zukunft?

Solbach: Ich hoffe, dass das Z.I.E.L. den Forschenden eine fachwissenschaftliche Heimat geben kann. Denn diese Heimat entwickelt sich durch den ständigen persönlichen Kontakt zu Kollegen mit gemeinsamen Interessen am Erkenntnisgewinn. Zwischen CBBM und Z.I.E.L., da wird es eine Tür geben, um diesen Austausch von Wissen zu unterstützen. Wäre ich noch länger hier, dann würde ich versuchen, einen Sonderforschungsbereich für „Metaflammation“ ins Leben zu rufen – zusammengesetzt aus Metabolismus und Inflammation. Dafür haben wir alle Voraussetzungen. Die Leute im CBBM kennen sich mit Gehirn und Hormonen aus und im Z.I.E.L. sitzen die Experten für Entzündung. Lübeck hat also die idealen Voraussetzungen, an diesen Themen zu arbeiten.

PACK: Was ist Ihnen aus der Zeit in Lübeck besonders in Erinnerung geblieben?

Solbach: Unvergessen ist der „Lübeck kämpft“-Sommer. Zu der Zeit, im Mai 2010, war ich noch Dekan der Medizinischen Fakultät. Da las ich morgens in der Zeitung, die Medizin in Lübeck würde geschlossen. Der damalige Präsident, Professor Dominiak, hatte davon auch erst am Abend zuvor erfahren. Nach der anfänglichen Lähmung und einer Phase des Kopfschüttelns kam dann eine unglaubliche Bewegung in Gang, die ich nie vergessen werde. Die Studenten haben uns am Ende den Hintern gerettet: Was da von den Studierenden an Kreativität und Engagement aufgebracht wurde, was den Älteren gar nicht in den Sinn gekommen wäre, das hat allen Kraft gegeben. Der Höhepunkt war damals die große Demonstration mit 14.000 Personen in Kiel. Wir hatten Solidaritätsbekundungen von allen medizinischen Fakultäten Deutschlands und Kollegen weltweit, ausschlaggebend waren am Ende aber die Studenten und die Bevölkerung Lübecks. Einige Lübecker wussten vorher gar nicht, dass Lübeck eine Uni hatte. Wenn ich sehe, was jetzt hier gebaut wird, dann kann man die Diagnose wagen, dass dies ohne die Krise 2010 nicht so gekommen wäre. Alle hatten nach 2010 im Hinterkopf, dass solche Schließungsgedanken jederzeit wiederkommen könnten und wir uns auch deswegen wirklich anstrengen müssen. Auch das ist für mich ein Stück weit Lübeck: Da ziehen dann auf einmal alle an einem Strang.

Thorsten Biet

„Die Studenten haben uns am Ende den Hintern gerettet“, sagt Solbach, der als Dekan der Medizinischen Fakultät auch bei den „Lübeck kämpft“-Aktionen mit dabei war.

PACK: Mit Aktionen wie dem Mibi-Quiz (Geld oder Schein?) am Semesterende haben Sie versucht, dieses für viele trockene, umfangreiche Fachgebiet lebendiger zu gestalten, was Ihnen spürbar Spaß gemacht hat…

Solbach: Ich habe immer gerne Lehre gemacht, das mache ich bis heute gern. Nach dem Physikum wollen die Studenten am liebsten Patienten sehen und möchten nichts über „stinkende“ Bakterien wissen. Aber nach der Hälfte des Semesters merkt man, dass es bei einigen „Klick“ macht, wofür man dieses Wissen doch brauchen könnte. Es hat mir immer Spaß gemacht zu sehen, wie dann plötzlich sehr kluge Fragen gestellt wurden. Ein Quiz „Geld oder Schein?“ zu veranstalten, das ist mir irgendwann mal eingefallen und hat riesigen Spaß gemacht. Es hat in der ganzen Zeit nie jemand das Geld genommen – da hätte man ohne Risiko auch 1000 Euro ausloben können.

PACK: Warum sollte ich als Medizinstudent heute Mikrobiologe werden und welche Eigenschaften sollte ich dafür mitbringen?

Solbach: Weil das Fach sehr vielfältig ist und über viele Jahre die Gelegenheit bietet, sich gemäß den eigenen Präferenzen zu spezialisieren. Ich kenne Mikrobiologen, die kriegen orgastische Gefühle, wenn sie die letzte Windung eines DNA-Schnipsels entdeckt haben, ich kenne aber auch Mikrobiologen, die sich für technische Aspekte, Mikrobiomik oder Epidemiologie interessieren. Und dann gibt es welche wie mich, die interessieren sich für die Reaktion des Patienten auf den Erreger. Das Spektrum ist ganz, ganz breit. Und, das darf man nicht vergessen: Die Freiheit in der Zeitplanung ist enorm, weil man nicht an die Patienten gebunden ist. Auch Teilzeitarbeit ist gut möglich. Wer sich vorstellen kann, nur indirekten Patientenkontakt zu haben, für den ist die Mikrobiologie ein tolles Fach. Ich kann es nur empfehlen.

PACK: Sie gehören der „Zentralen Kommission für Biologische Sicherheit“ an, die Entscheidungsträger in der Politik mit fachlichen Stellungnahmen unterstützt. Wie viel lässt sich dadurch beeinflussen?

Solbach: In dieser Kommission geht es darum, wie wir gewährleisten können, dass von genveränderten Mikroorganismen keine Gefahr für Umwelt und Gesundheit ausgeht. Da kommt man sehr schnell an die Schnittstelle von Wissenschaft und Ideologie. In Deutschland sind beispielsweise gentechnisch veränderte Lebensmittel verboten, weil die Bevölkerung keine gentechnisch veränderten Pflanzen will und es infolgedessen politisch so gewollt ist. Ich kenne bis heute niemanden, der durch „Gentechnik“ krank wurde. In der Politik gibt es inzwischen große Bemühungen, die umgesetzten Maßnahmen mit Evidenz zu untermauern. Die Kommission äußert sich dann zum Beispiel zu dem Vorhaben, Lachse zu züchten, die doppelt so schnell schlachtreif werden, oder zu Studien mit Influenzaviren, die vorhersehen lassen, dass diese durch die Passage in Mäusen immer virulenter werden. Die Empfehlungen beruhen dabei auf Wissenschaft und den gesammelten Erfahrungen der Kommissionsmitglieder. In der Regel werden diese Empfehlungen angenommen. Das ist viel Arbeit, aber ich sehe es als Beitrag zur Entideologisierung der Debatte. Die Herausforderungen werden mit der Verfügbarkeit ganz neuer Technologien des Genom-editings in naher Zukunft eine ganz neue Dimension annehmen.

PACK: Sie waren der letzte Dekan der Medizinischen Fakultät und haben die Abschaffung der Fakultäten bzw. die Einführung der Sektionen an der Uni Lübeck hautnah miterlebt. Was hat sich dadurch wirklich geändert?

Solbach: Das ist eine sehr schwierige Frage. Bis 2010 war die Struktur an allen medizinischen Fakultäten in Deutschland gleich. Hier in Lübeck gab es dann eine Initiative von Seiten des Uni-Präsidiums, diese Struktur zu ändern, weil der Dekan der medizinischen Fakultät über mehr finanzielle Mittel verfügen konnte als die Universität insgesamt. Das war für das Selbstverständnis der Uni schwierig. Die Idee war dann, die Mittel zusammenzuführen, sodass die Uni das gesamte Budget verteilt. Die Fakultäten wurden aufgelöst und zu Unterausschüssen des Senats, der neue Posten des Sektionsvorsitzenden ersetzte den Dekan. Ein Sektionsvorsitzender heute ist dem Senat und gleichzeitig der Universität gegenüber verantwortlich. Das kann zu Interessenkonflikten führen. Mit dem neuen Hochschulgesetz gehen die Gelder für die medizinische Forschung nun auch nicht mehr an die Uni, sondern direkt ans Klinikum. Neu ist auch, dass der UKSH Vorstand erweitert wurde, um die Interessen von Forschung und Lehre in der Medizin zu vertreten. Dies ist zunächst begrüßenswert und versucht, Versäumnisse der Vergangenheit auszubügeln. Anderswo übernimmt diese Funktion der Dekan, doch wir in Lübeck haben keinen Dekan mehr. Deswegen musste das neue Amt des Vizepräsidenten Medizin geschaffen werden. Dieses Amt bedarf für die konstruktive Ausfüllung einer hohen Kompetenz: Der Vizepräsident Medizin ist der Universität, dem Präsidium und den Kollegen verantwortlich, andererseits ist er mitverantwortlich für das ökonomisch erfolgreiche Agieren des UKSH. Das ist eine schwierige Konstellation. Es gab und gibt zum Beispiel häufig den Wunsch in einem Klinikum, Geld für die Forschung abzuzweigen und es in die Krankenversorgung zu investieren – in diesem Punkt sind die Interessen von Universität und Klinikum sehr schwer miteinander vereinbar. Ich hoffe, dass bald ein geeigneter Kandidat gefunden wird.

PACK: Sie sind Präsidiumsbeauftragter für Forschungsangelegenheiten: Was können Sie jungen Forschenden empfehlen, um Betrug oder Plagiate in der Wissenschaft zu verhindern?

Solbach: Den Forschenden kann ich nur zu Wahrhaftigkeit, Redlichkeit und Vertrauen in der Zusammenarbeit raten, ganz einfachen Prinzipien. Wichtig ist auch Kommunikation, die vermisse ich manchmal auch hier in Lübeck. Da wird jungen Leuten von ihrem Chef „Mach mal, forsch mal!“ gesagt, ohne sie zu betreuen. Wenn dann noch ein Publikations- oder Leistungsdruck dazukommt, kann man, wenn man die entsprechende Persönlichkeit hat, schon mal in Versuchung geraten. Deswegen ist es sehr wichtig, in einer Gruppe angebunden zu sein, in der Probleme diskutiert werden können. Ich kann auch nur für das „near-incident-reporting“ werben: Ein offener Umgang mit Fehlern oder beinahe überschrittenen Grenzen ist wichtig. Für Situationen, in denen man den Verdacht hat, jemand könnte gefälscht haben, gibt es Personen wie den Ombudsmann oder den Vertrauensdozenten, sodass man sicher sein kann, nicht verpfiffen zu werden. Aber der Whistleblower zu sein ist schwierig.

Annika Munko | StudentenPACK.

„Nach dem Physikum wollen die Studenten am liebsten Patienten sehen und möchten nichts über ‚stinkende‘ Bakterien wissen“, erzählt Solbach – und auch, warum ihm die Lehre trotzdem immer viel Spaß gemacht hat.

PACK: Sie sind DFG-Vertrauensdozent und unterstützen junge Forscher persönlich, zum Beispiel bei der Antragstellung. Was sind dabei die größten Hürden?

Solbach: Jemand, der seinen ersten Antrag stellt, ist fachlich super informiert und will das verständlicherweise auch alles hinschreiben, aber er kommt oft nicht auf den Punkt. Auch das Wording für solche Anträge muss man sich erst aneignen. Die Anleitung, wie so ein Antrag geschrieben wird, bekommt man am besten von seinen akademischen Lehrern. Holen Sie sich Anleitung aus der Arbeitsgruppe: Gute Anträge kommen aus guten Arbeitsgruppen und in guten Arbeitsgruppen wird miteinander geredet. Gerne berate ich jeden, bevor der Antrag das Haus verlässt und das Dozierenden-Service-Center bietet auch dementsprechende Veranstaltungen an.

PACK: Welche Ihrer vielen Tätigkeiten hat Ihnen am meisten Spaß gemacht und warum?

Solbach: Noch so eine schwierige Frage! Es hat mir immer Spaß gemacht, Menschen aus verschiedenen Forschungsbereichen zusammenzubringen. Und was mir immer viel Freude bereitet hat sind die Studenten. Die Diskussionen mit den Studenten haben mich immer wach gehalten, mit all den klugen Bemerkungen und Fragen. Mir war gar nicht so bewusst, wie viel Erfüllung mir der Kontakt zu den Studierenden gegeben hat das wird mir fehlen.

PACK: Was haben Sie sich für die neu gewonnene Freizeit vorgenommen, wenn Sie der Uni den Rücken kehren?

Solbach: Nun, ich bleibe der Uni noch etwas erhalten. Die Uni ermöglicht mir, für ein weiteres Jahr mein Büro im Haus 2 zu behalten. Dafür bin ich sehr dankbar. Ich habe auch noch eine ganze Reihe an Ämtern inne, bis nächstes Jahr bin ich zum Beispiel noch Präsident der Paul-Ehrlich-Gesellschaft für antimikrobielle Chemotherapie. Da ist viel zu tun. Eine Sache gibt es aber noch, die mich immer interessiert hat: Ich bin katholisch und frage mich schon lange, wie dieser Bestseller „Bibel“ zustande gekommen ist. Das sind teilweise super Geschichten, die auch aufeinander Bezug nehmen und wenig widersprüchlich sind. Diese Geschichten sind uralt und entstanden zu einer Zeit, in der nur wenige Menschen lesen und schreiben konnten. Wie das bis heute zusammengeht, damit möchte ich mich noch beschäftigen.

PACK: Vielen Dank, dass Sie sich die Zeit für dieses Gespräch genommen haben!

Mit dem Format der SchülerForschungsGemeinschaft (SFG) gelingt allerdings, was eigentlich in die Kategorie „gute Idee, aber nicht realistisch umsetzbar“ gehört: Man miete einen Hörsaal, überrede nicht nur einen sondern gleich zwei Dozierende aus unterschiedlichen Fachdisziplinen erstmalig einen gemeinsamen Vortrag im Rahmen einer Veranstaltungsreihe mit einem gesetzten Oberthema zu halten, lade ein Publikum ein, das zum größten Teil aus Schülerinnen und Schülern und der „interessierten Öffentlichkeit“ besteht und zittere noch 10 Minuten vor Veranstaltungsbeginn als Organisatoren, ob sich der Hörsaal tatsächlich füllt. Und – es klappt.

5 (gefühlte 2) Minuten vor Beginn der Veranstaltung strömen die Schülerinnen und Schüler in den Hörsaal – erleichtertes Aufatmen auf Seiten der Organisatoren, das leichte Stirnrunzeln auf Seiten der ReferentInnen glättet sich ein wenig – und es kann losgehen. Jeder einzelne Vortrag ist eine „kleine Wundertüte“, denn das, was dann vorne auf der „Bühne“ passiert, ist in den allermeisten Fällen eine Premiere mit einer ganz eigenen Dynamik – mit überraschenden und eindrucksvollen Momenten.

Für die Dozierenden-Tandems ist ein SFG-Vortrag erstmal eine Menge Arbeit, denn da ist ja noch der Kollege/die Kollegin aus der anderen Fachdisziplin, mit dem/der ein Termin zur Vorbereitung gefunden werden muss. Ist die erste Hürde gemeistert, will die fachliche Schnittmenge gesucht, gefunden und definiert werden und als sei das alles noch nicht genug, muss das Ganze dann auch noch in „zielgruppengerechter aber bitte fachlich anspruchsvoller“ Form auf die Bühne gebracht werden. Wer sollte da freiwillig mitmachen? Ein Blick auf die Liste der teilnehmenden Tandems nur aus den letzten drei Jahren ist schon beeindruckend. So sprachen u.a. Prof. Dr. rer. nat. Jeanette Erdmann (Institut für Integrative und Experimentelle Genomik) und Prof. Dr. Amir Madany Mamlouk (Institut für Neuro- und Bioinformatik) zum Thema: Genetischer Durchblick: Wie eine Zelle ihre Zukunft voraussagt.

Prof. Dr.-Ing. Nicole Jochems (Institut für Multimediale und Interaktive Systeme) und Prof. Dr. rer. nat. Nico Bunzeck (Institut für Psychologie) hielten Ihren gemeinsamen Vortrag über Akzeptanz und Vertrauen im Umgang mit neuen digitalen Technologien im Alter. Prof. Dr. Thorsten Buzug (Institut für Medizintechnik) und Prof. Dr. Jörg Barghausen (Klinik für Radiologie und Nuklearmedizin) zeigten den Schülerinnen und Schülern wie sichtbar wird, was das Auge nicht sehen kann. Prof. Dr. rer. nat. Till Tantau (Institut für Theoretische Informatik) und Dipl. Phys. Petra Duhm-Harbeck (Klinische Forschungs-IT) verrieten woher der Geheimdienst weiß, welche Party am Wochenende besucht wurde und Dr. Floris Ernst (Institut für Robotik und Kognitive Systeme) und Prof. Dr. rer. nat. Ulrike Krämer (Klinik für Neurologie) diskutierten mit dem Auditorium die Frage, ob Maschinen Gefühle zeigen können?

Prof. Dr. phil. So Young Park (Institut für Psychologie) sprach gemeinsam mit Dr. rer. nat. Marcus Heldmann über Belohnungssysteme und Entscheidungsfindungen und im Tandem mit Prof. Dr. rer. nat. habil. Ralf Möller (Institut für Informationssysteme) zum Vortragsthema: Ok, Google – Was wollte ich noch gleich? Big Data oder Wie treffen wir heute Entscheidungen? An dieser Stelle könnte noch eine ganze Reihe weiterer beteiligter Tandems genannt werden…

Am jeder Veranstaltungsreihe steht die Frage: Hat sich das „Klinken putzen“ gelohnt? Und die Antwort ist hier ganz klar: Ja, auf jeden Fall. Mehr als das. Das positive Feedback von den Schülerinnen und Schülern, der „interessierten Öffentlichkeit und auch von Seiten der Referentinnen und Referenten ist die größte Motivation bei nächster Gelegenheit wieder an die ein oder andere Bürotür zu klopfen. „Wir haben da ein tolles Format für Schülerinnen und Schüler, denen wir gerne zeigen würden…“

Zum Format und Historie

Die SchülerForschungsgemeinschaft (SFG) umfasst eine Vortragsreihe, bestehend aus sechs Vorträgen, über das Jahr verteilt. Ergänzend zum Vorlesungsprogramm von Mai bis November findet in den Osterferien eine „SpringSchool“ der Schülerakademie der Universität zu Lübeck statt. Hier werden ausgewählte Themenfelder aus den Fachvorträgen aufgegriffen und in ganztägigen Praxis-Workshops gemeinsam mit Schülerinnen und Schülern auf vielfältige und kreative Weise bearbeitet.

Die Idee der SFG ist im Zusammenhang mit der Bewerbung Lübecks als „Stadt der Wissenschaft“ in Kooperation mit dem Wissenschaftsmanagement Lübeck entwickelt worden und startete 2012 mit dem Titel „Erythropoietin (Epo) ein Hormon als Dopingmittel“. Prof. Dr. Wolfgang Jelkmann und Prof. Dr. Horst Pagel standen als Experten zur Verfügung. Nach einer weiteren erfolgreichen SFG 2013 mit dem Titel „Mikroben – Infektion – Entzündung“ organisiert von Herr Prof. Dr. Werner Solbach und Herr Prof. Dr. Johannes Knobloch (beide Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene) wurde dann 2014 in der Reihe „360 Grad Mensch – Digitaler Durchblick“ mit dem Schwerpunkten digitale Gesellschaft und Medizintechnik erstmalig das interdisziplinäre Tandem-Prinzip getestet. Dieses Konzept wurde dann auch in den folgenden SFG-Reihen beibehalten.

Probleme im Betriebskreislauf.

Schrankenstörung?

Die Blut-Hirn-Schranke (Blood-Brain-Barrier, BBB) ist eine festere Schranke im menschlichen Gehirn, als jene, die in anderen Organen vorkommen. Sie schützt das Gehirn nicht nur vor Infektionen, sondern auch vor Faktoren des körpereigenen Immunsystems, verhindert aber auch, dass viele Medikamnte ins Zentrale Nervensystem (ZNS) übertreten und dort eine – gewünschte oder ungewünschte – Wirkung entfalten. Sie ist jedoch kein statischer Schutzwall, da sie dauerhafter Veränderung unterworfen ist. Unter anderem können Schlaganfälle, Traumata, Infektionen und Entzündungen zu einer Veränderung innerhalb der BBB führen.

Fabian Schwarze | StudentenPACK.

Der Effekt von endothelialem NEMO auf die Blut-Hirn-Schranke.

Diese Art der Öffnung und die Funktionsweise der beteiligten Zellen der BBB versuchen Jan Wenzel und ein Team aus 5-6 Personen – darunter Doktoranden, Bachelor- und Masterstudenten aus Fächern von MLS und Medizin bis hin zur Psychologie – zu verstehen und zu nutzen. Dieses Verständnis könnte einen wichtigen Schritt in der medikamentösen Psychologie und Psychiatrie ausmachen, da so möglicherweise in Zukunft Medikamente gezielt an der BBB vorbei geschleust werden können und an ihren Wirkungsort transportiert werden. Bei ZNS-Infektionen, Depressionen, Epilepsie, Demenz und vielen weiteren neurologischen Erkrankungen kann also eine genauere Therapie erreicht werden.

Im „Center for Brain Behavior and Metabolism“ (CBBM) werden hierzu Krankheitsmodelle an künstlichen BBBs simuliert und erforscht. Dazu werden die hauptsächlich für die BBB notwendigen Endothelzellen betrachtet. Diese bilden die Innenschicht der Blutgefäßen und stehen so in direkter Verbindung zu im Blut gelösten Stoffen (siehe Bild). Verbunden sind die Endothelzellen durch sogenannte tight-junctions. Diese füllen die Zellzwischenräume und bilden so eine für diese Stoffe undurchdringliche Barriere. Ist die Bildung von tight-junctions gestört oder sind diese beschädigt, können Stoffe aus dem Blut ungehindert in das Gehirn vordringen und so eine Vielzahl gefährlicher Erkrankungen auslösen. Für Moleküle, die im Gehirn benötigt werden – vor allem Glucose – gibt es spezielle Transportproteine an den Endothelzellen. Die Regulation der tight-junctions gehört also zu den wichtigsten Anwendungsgebieten der Forschung, wobei Zell-Zell- und Zell-Blut-Kontakte die wichtigste Rolle spielen.

Diese Erkenntnis stammt aus der Forschung an NEMO/TAK1 (benannt nach einer französischen Comicfigur), einem Gen, welches ausschlaggebend für die Erhaltung von Endothelzellen ist. Ist dieses Gen durch Mutation oder ähnliches gestört, treten Veränderungen in der BBB auf und Stofftransporte durch die BBB können ermöglicht werden. Diese Krankheit nennt sich Incontinentia pigmenti und ist ein häufiger Auslöser von Epilepsie und Hautirritationen. Dabei werden Endothelzellen zerstört und ein ungehinderter Fluss durch die BBB ist möglich. Einige Stoffe, wie zum Beispiel Albumin – das häufigste Protein im Blut -, die normalerweise das Gehirn nicht erreichen, können spezifische Helferzellen (Astrozyten) im Gehirn aktivieren, welche dann Epilepsie-auslösende Faktoren abgeben können. Wie kann so eine Schrankenstörung also verhindert oder behandelt werden? Hierzu gibt es einige vielversprechende Angriffspunkte der BBB-Forschung:

Eine solche Mutation könnte in Zukunft zum Beispiel durch spezifische Gentherapien in ihre „normale“, also gesunde Form übertragen werden. Dazu werden Viren (Vektoren) verwendet, die spezifische Genelemente austauschen, entfernen oder variieren können. In diesem Fall wurde ein viraler Vektor entwickelt, der nicht alle Körperzellen angreift, sondern spezifisch auf Endothelzellen „eingestellt“ ist. Dieser soll ein gesundes NEMO-Gen in die Zellen einbringen und damit einer Schädigung zuvorkommen. Dies ist jedoch Zukunftsmusik, da weder die Gentherapie noch die Forschung an der BBB weit genug vorangeschritten sind, um Versuche am Menschen zu ermöglichen.

Eines der Ziele der Forschung an der BBB ist das Verhindern und das Verständnis von Schädigungen an den Endothelzellen und den dazugehörigen tight-junctions, welche sowohl durch genetische, als auch durch traumatische Faktoren ausgelöst werden können. Die Frage ist in diesem Fall, inwieweit eine BBB-Störung eine Grunderkrankung verschlimmern kann. So kann eine Kopfverletzung die Durchlässigkeit der BBB beeinflussen, was zu diversen neuronalen Symptomen führen kann.

StudentenPACK

Zellkultur aus Perizyten (grün) und Endothelzellen (rot)

Doch wie kam man darauf gerade an den Endothelzellen zu forschen? Als eine BBB-Störung erstmals beschrieben wurde, war der Aufbau der Blut-Hirn-Schranke bereits bekannt.Bei der Erforschung, welcher Teilaspekt der Schranke am leichtesten zu beschädigen war, kam man auf die die tight-junctions. Die wichtigste Erkenntnis der Forschung ist in diesem Fall die Realisation, dass viele neurologischen Symptome auf einer Störung der BBB beruhen und keine Nervenschädigung zugrunde liegt.

Auch die Alzheimer-Demenz könnte durch einen ähnlichen Mechanismus entstehen. In diesem Fall stehen die Gefäßveränderungen am Anfang und nicht die Nervenzellen. Da die Alzheimer-Demenz noch nicht gut genug erforscht ist, könnte die vaskuläre Alzheimer-Hypothese durch die Erkenntnisse der BBB-Forschung irgendwann einmal vielleicht neue Therapieoptionen ermöglichen.

Zum Teil ist bereits der Status erreicht, dass Tiermodelle verwendet werden können, um ZNS-Medikamente in Verbindung mit Blutfluss und einem „Überangebot“ von Zellen zu testen. Bisher werden diese wie auch die Vektoren nicht nur von den Zielzellen, sondern auch von anderen aufgenommen, sodass noch Modifikationen notwendig sind. Zahlreiche Nebenwirkungen müssen unter Kontrolle gebracht werden, wobei der Schritt von der Zellkultur zum Tier genauso groß ist wie vom Tier zum Menschen.

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Chronophysiologie hat leider nichts mit Zeitreisen zu tun.

Mäuse mit Jetlag?

Woher weiß unser Körper, wann Tag und wann Nacht ist? Warum nehmen Menschen im Schichtdienst leichter zu? Warum hat der menschliche Körper so viele Probleme mit der Umstellung auf andere Zeitzonen? Mit diesen und vielen weiteren Fragen beschäftigt sich die Chronophysiologie und demnach auch Dr. Henrik Oster im CBBM. Störungen der „inneren Uhr“ betreffen mehr als ein Drittel der westlichen Bevölkerung. Aber wie funktioniert eine solche Uhr?

Henrik Oster

In diesen Käfigen können Mäuse einem Jetlag ausgesetzt werden.

Praktisch jede Zelle besitzt eine eigene Uhr und so gut wie jeder Prozess im menschlichen Körper ist Tagesformabhängig. Zusätzlich gibt es eine übergeordnete „Uhr“ im Hypothalamus, die mit dem Hell-Dunkel-Zyklus synchronisiert wird. Aktuelle Erkenntnisse besagen: Jede Zelle misst bestimmte Zeitabschnitte durch sogenannte transkriptionelle-translatorische Rückkopplungsschleifen. Zwei Transkriptionsfaktoren aktivieren spezifische Gengruppen, welche durch ihre eigene Translation ihre Biosynthese beenden. Diese dabei entstandenen Inhibitoren werden über die Nacht hinweg abgebaut, sodass der Prozess am nächsten Morgen erneut durchgeführt werden kann. Dabei ist es möglich die „Uhrzeit“ des einzelnen Menschen anhand der exprimierten Gene zu bestimmen. Dies wird durch das autonome Nervensystem und die gezielte Ausschüttung von Cortisol in jeder Zelle „gleichgeschaltet“.

Ein Versuchsaufbau in der AG Chronophysiologie befasst sich mit einem häufigen Problem von Flugreisenden – dem Jetlag. Hierfür werden Mäuse mitsamt ihren Käfigen einem sich stetig ändernden Tag-Nacht-Rhythmus ausgesetzt. Dabei wird ihre Aktivität anhand der Laufradnutzung gemessen. Nach einer abrupten Änderung des Rhythmus wird bis zu eine Woche (circa 1 Stunde pro Tag) gebraucht, um die übliche Laufradnutzung zu erreichen. Wird dabei der Cortisolspiegel der Mäuse künstlich erhöht, können die „Zelluhren“ eine frühere Anpassung an die veränderten Rhythmen durchführen. Dadurch die Anpassungszeit der Mäuse halbiert werden. Im menschlichen Versuch wird bereits versucht, ähnliche Effekte zu erzielen, jedoch aufgrund der verringerten Cortisol-Menge im Versuch noch ohne Effekt.

Im menschlichen Beispiel zeigt die Chronophysiologie nicht nur die Zusammenhänge zwischen Gedächtnisfunktionen und Störungen der inneren Uhr, sondern auch ein höheres Risiko von Nacht- und Schichtarbeitern (auch Flugpersonal) an bestimmten Leiden (Diabetes, Brustkrebs, Herzinfarkt, Depressionen) zu erkranken. Hier zeigt sich die Relevanz der Forschung für die Arbeitsmedizin. Sollte also eine Lösung gefunden werden, die „inneren Uhren“ beispielsweise mithilfe der Anpassung selbiger durch Cortisol zu beeinflussen, könnte diesen Berufsrisiken vorgebeugt werden. Da eine Nachtschicht in absehbarer Zeit nicht abgeschafft werden wird und nicht abgeschafft werden kann, könnte wenigstens das Risiko für Menschen, die in diesen Berufen arbeiten, verringert und die Schäden behandelt werden.

Eine weitere Erkenntnis ist die Einteilung von Altersgruppen zu bestimmten Chronotypen – das heißt Menschen mit verschiedenen Wach-Schlaf-Rhythmen. Während Kinder bis zur Pubertät noch dem frühen Chronotyp angehören, sind Teenager und junge Erwachsene einem späteren Chronotyp zuzuordnen, welcher ungefähr Mitte Zwanzig (22-25) zurück in die frühe Form verschoben wird. Dies bedeutet jedoch, dass z.B. der Start, der Schule (zum Teil auch der Universität) vor 8 Uhr gegen die gesunden Chronotypen der Schüler wirkt. Ein Schulstart um 9 oder 10 Uhr wäre in diesem Sinne der Idealfall für effektives Lernen. Da jedoch die Lehrer (und Professoren) wieder dem späten Chronotyp angehören besteht in diesem Fall ein Interessenkonflikt. Ein Ergebnis der chronophysiologischen Arbeiten ist aber, dass Klausuren in den meisten Fällen nicht mehr in die ersten Schulstunden gelegt werden. Diese fielen in Vergleichen deutlich schlechter aus (ungefähr eine volle Note), als jene, welche später durchgeführt wurden. Auch die universitären Vorlesungen sollten dem späten Chronotyp zugeordnet werden.

Auch eine Verhaltensanleitung kann aus dieser Forschung gezogen werden. So können durch die Erkenntnis und die Einteilung von Personen in verschiedene Chronotypen die „effektivsten“ Zeiten für Essen, Schlafen, Sport, Lernen usw. gefunden werden. Dies wird leider zu häufig in den „unwissenschaftlichen“ Bereich gebracht. Die meisten Dinge, die darüber zu lesen sind, sind nicht wissenschaftlich fundiert. Doch der Trend geht eindeutig in diese Richtung.

Henrik Oster

Uhren im ZNS bestimmen, wann wir müde und wach sind. Aber auch unser Umgang mit Schlafentzug hängt von der Funktion der Uhrengene ab. Andersherum kann Schlaf als Zeitsignal dienen für die Regulation molekularer Uhrwerke. Schlaf und Uhr zusammen regulieren zahlreiche physiologische Prozesse – besonders im Zusammenhang mit der Nahrungsaufnahme und Verwertung

Ein zukünftiger Bereich in der chronophysiologischen Forschung sollen die Einflüsse auf das Stresssystem und die Verhaltensregulation, insbesondere das Essverhalten ausmachen. Warum wird abends gerne noch fettige oder zuckerhaltige Nahrung zu sich genommen, obwohl man eigentlich satt ist? Welche Auswirkungen hat ein gutes rhythmisches System auf den Stress oder das Verhalten? Sowohl das (hedonische) Appetitssystem, als auch das Stresssystem sind rhythmisch gesteuert. Ein gestörter Rhythmus hat in diesem Fall Auswirkungen auf die Entwicklung von Adipositas oder metabolischen Erkrankungen. In Mäusen ist dies sehr einfach zu zeigen: Schaltet man die „innere Uhr“ der Mäuse aus, nehmen diese rapid zu. Fettabbauende Enzyme sind dort durch die Uhrengene aktiviert. Sind diese inaktiv, kann das meiste Fett nicht mehr abgebaut werden, sondern wird im Körper eingelagert und der dadurch resultierende Verlust der Energie aus dem Fett muss dem Körper wieder zugeführt werden. Teile der zugeführten Nahrung werden sogar wieder als Fett eingelagert.

Diese Probleme basieren natürlich auch auf der hochenergiereichen Nahrung und der präzisen Zeitplanung und tauchen daher meist in wohlhabenden Ländern auf.

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Epigenetik oder doch Ernährung?

Wer ist schuld an Diabetes?

Die Entstehung des Typ-2-Diabetes – einer mit der Zeit auftretenden Insulinresistenz – ist weitestgehend unbekannt. 90% der Diabetiker sind Typ-2-Diabetiker, die früher als Altersdiabeter bezeichnet wurden. Heutzutage sind jedoch auch schon Kinder von dieser Krankheit betroffen. Auch eine epigenetische Betrachtung der Entstehung der Insulinresistenz und Adipositas ist notwendig. Mit diesen und weiteren Fragen beschäftigt sich die Ernährungswissenschaftlerin Dr. Henriette Kirchner.

Fabian Schwarze | StudentenPACK.

Die epigenetische Forschung ist in den neuen Laborräumen des CBBM angesiedelt.

Epigenetik ist die Betrachtung von Methylierungen, Histonen und non-coding-RNAs – also den „Verpackungsmustern“ – der DNA. Diese sind nicht nur vererbbar, sondern auch durch Umwelteinflüsse beeinflussbar. Der Fakt, dass eineiige Zwillinge sich unterschiedlich entwickeln, wenn sie an verschiedenen Orten aufwachsen oder auch nur andere Gewohnheiten haben, ist auf epigenetische Faktoren zurückzuführen. Dabei spielen Toxine, die Luftqualität und verschiedene Aktivitäten eine große Rolle. Auch Ess- und Schlafmuster haben eine Auswirkung auf die DNA. In der Forensik kann die Epigenetik eingesetzt werden, um sowohl Alter der Person, als auch den Zelltyp zu bestimmen.

Sowohl Adipositas als auch Typ-2-Diabetes können durch Umweltfaktoren ausgelöst werden. In beiden Fällen sind die Entstehungsursachen nicht vollständig entschlüsselt. Diabetes und Adipositas gehen aber häufig Hand in Hand. Viele an Adipositas leidende Personen bilden mit der Zeit einen Typ-2-Diabetes aus, doch auch normalgewichtige Personen können eine Insulinresistenz entwickeln. Dieses willkürlich erscheinende Auftreten ist zu großen Teilen genetisch bedingt. Dabei gibt es nicht nur ein Gen, welches die Krankheit auslöst, sondern ein weitgehend unbekanntes System von Genen in einem großen Zusammenspiel. Aber durch genetische Faktoren allein lässt sich die Krankheit nicht erklären. Hier kommt die Epigenetik ins Spiel.

In Zukunft sollen Medikamente entwickelt werden, die die DNA-Methylierung gezielt beeinflussen sollen, um möglicherweise Typ-2-Diabetes und Adipositas auslösende Faktoren in einen gesunden Status zu überführen. Dafür werden sogenannte DNA-Methyltransferasehemmer eingesetzt. Diese stammen aus der Krebsforschung und sind sehr unspezifisch. Sie treffen in einer Holzhammermethode alle Gene und sind daher noch nicht gezielt einsetzbar. Das Ziel ist in diesem Fall die Methylierungsprävention an den im methylierten Status Diabetes auslösenden Genen. Dies ist eine um einiges präzisere Aufgabe als die der Gentherapie, da in diesem Fall keine ganzen Gene, sondern einzelne Basenpaare ausgetauscht werden müssen.

Überwiegend wird aktuell an menschlichen Blut-, Leber-, und Fettproben gearbeitet – hauptsächlich von an Adipositas oder an Typ-2-Diabetes leidenden Personen. Dabei werden Vergleiche angestellt, die die Verbindung zwischen den Krankheiten aufdecken könnten. Es ist jedoch besonders schwierig, an Fett- und Leberproben von gesunden Normalgewichtigen zu gelangen, da meist nur bei Operationen gewonnen werden können. An solchen Proben wird dann die Methylierung gemessen. Dies geschieht indem die unmethylierten Cytosin-Basen mit Bisulfiten in Uracil umgewandelt werden. Dies kann dann mithilfe einer DNA-Sequenzierung quantifiziert werden. Man kann also sowohl sagen, wie groß der Anteil der methylierten Basen ist, als auch die spezifischen methylierten Basen bestimmen.

Es konnte bereits gezeigt werden, dass in den Inselzellen des Pankreas, in Leberzellen, in subkutanen Fettgewebszellen und im Blut von Übergewichtigen eine andere DNA-Methylierung vorliegt. Diese müssen jetzt funktionell charakterisiert werden. An Mausmodellen könnte dann herausgefunden werden, welche Faktoren genau diese speziellen Methylierungsmuster auslösen – liegt dies an der Nahrung, der geringen körperlichen Aktivität oder ist dies tatsächlich ein vererbter Faktor. In den Humanproben liegt in diesem Fall nur eine Momentaufnahme vor. Dort ist nicht festzustellen, was nun die Ursache oder die Konsequenz ist.

Bis jetzt konnten im Vergleich von Leberproben übergewichtiger Menschen, übergewichtiger Diabetiker und normalgewichtiger Probanden einige Kandidatengene bestimmt werden, die für die Entwicklung des Typ-2-Diabetes ausschlaggebend sein könnten. Diese müssen jetzt genauer charakterisiert und validiert werden.

Ziel der Forschung ist zwar auch die Behandlung von Typ-2-Diabetes, mehr jedoch die Prävention von Adipositas und dem damit verbundenen Diabetes durch Änderung der Lebensweise der betroffenen Personen. Mit der Forschung an Übergewicht und Diabetes wird an den großen gesundheitlichen Problemen unserer Zeit gearbeitet. Schon heute sind auf der Welt mehr Menschen übergewichtig als untergewichtig. Selbst in Dritte-Welt-Ländern und im arabischen Raum steigt der Trend zum Übergewicht stetig an. In Europa ist Deutschland mittlerweile zum „dicksten Land“ aufgestiegen. Ist diese Arbeit in diesem Fall nicht eine Arbeit an den Problemen, die sich die Menschen selbst auferlegen?

Henriette Kirchner

Nach der zu untersuchenden Hypothese verändern Lifestyle-Faktoren die DNA-Methylierung in der Leber.

Die Epigenetik zeigt in diesem Fall deutlich, dass die Probleme zu großen Teilen nicht vererbt werden, sondern durch eigene Handlungen und persönliche Einflüsse, Auswirkungen auf das Erbgut haben können. Dabei ist jedoch jeder Mensch nur bis zu einem gewissen Punkt selbst verantwortlich. Ab diesem Punkt „schaltet“ das Gehirn um und an Adipositas leidende Menschen verspüren tatsächlich einen Hunger und einen stark verminderten Bewegungsdrang.

Die Ernährungswissenschaften mit ihrem Schwerpunkt auf der Biochemie des Metabolismus sind ein wichtiger und aufstrebender Zweig der aktuellen medizinischen Forschung. Ab dem Wintersemester wird Dr. Kirchner im Rahmen des Studiengangs der Medizinischen Ernährungswissenschaften den Kurs Ernährungsphysiologie mitunterrichten.

Klicke auf den nächsten Text um über weitere aktuelle Forschungsthemen an der Uni Lübeck zu lesen.

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Jan Lellmann

Am Carlebach-Park gelegen: Das Institute of Mathematics and Image Computing – kurz MIC.

Das Institute of Mathematics and Image Computing – kurz MIC – arbeitet im MFC2 in der Maria-Goeppert-Straße 3, dem Audimax direkt gegenüber. Unsere Wurzeln liegen im Jahr 1999, als es um die Lösung eines anatomischen Problems bei der Kartographierung des menschlichen Gehirns ging. Bildregistrierung konnte eine Lösung bieten, die es zuvor noch nicht gab. Aus dieser ersten Anfrage etablierte sich nach und nach eine Forschungsgruppe am Institut für Mathematik, die unter dem Namen SAFIR („Solutions and Algorithms for Image Registration“) in der wissenschaftlichen Gemeinschaft bekannt wurde. Der Gruppe um Bernd Fischer und Jan Modersitzki gelang es, ein neues Modell zur Bildregistrierung international erfolgreich zu etablieren. Aus dieser Forschungsgruppe ging das MIC hervor, gegründet zeitgleich mit der Fraunhofer MEVIS Projektgruppe Bildregistrierung zum 1. April 2010.

Diese Konstellation aus Universitätsinstitut und Fraunhofer-Institut ist sehr nützlich: Einerseits können wir in der universitären Forschung und Lehre aktiv sein, andererseits stellt die Fraunhofer-Gruppe ein wichtiges Bindeglied zwischen Theorie und Praxis dar – unsere Verfahren kommen in der Industrie zum Einsatz und nutzen dadurch vielen Patienten. Bildverarbeitung ist mathematisch sehr anspruchsvoll, ist klinisch relevant und man kann sie dem “Mann auf der Straße” erklären. Also ist das doch ganz einfach?

Leider nein. Der Mensch ist für die Bildverarbeitung geschaffen: Für uns ist es kein Problem, in einem Bild einen Bekannten wiederzufinden oder uns die dreidimensionale Form eines Objekts anhand eines zweidimensionalen Fotos vorzustellen. Dazu greifen wir auf jahrzehntelange Erfahrung über unsere Umgebung zurück. Hierdurch können wir abwägen, welche der vielen möglichen Erklärungen für ein zweidimensionales Bild wahrscheinlich und welche weniger wahrscheinlich sind.

Copyright of Fraunhofer MEVIS

Links CT (Bestrahlungsplan), rechts CBCT-Aufnahme kurz vor der Bestrahlung; nach der Registrierung können Objekte des Bestrahlungsplans automatisch im CBCT erkannt werden.

Solche Aufgaben, die wir vollkommen intuitiv lösen können, sind für Computer sehr schwierig, da ihnen dieses Vorwissen vollständig fehlt. Eine spannende (und hochaktuelle!) Frage ist deshalb, wie sich solches Vorwissen mathematisch formulieren lässt, sodass am Ende ein – beweisbar! – funktionierendes Verfahren steht.

Das MIC hat sich auf sogenannte Variationsmethoden spezialisiert. Dabei formuliert man Vorwissen als mathematische Funktion und löst ein darauf basierendes Minimierungsproblem. Die Schwierigkeit dabei ist, einen Kompromiss zwischen Qualität und Rechenzeit zu finden, deshalb kommen Methoden aus vielen Gebieten der Mathematik, Informatik und Statistik zum Einsatz.

Am Ende stehen Verfahren zur Bildregistrierung (wie findet man korrespondierende Strukturen in zwei unterschiedlichen Aufnahmen), zur Bildverbesserung (wie korrigiert man ein verrauschtes oder verwackeltes Bild?), zur Segmentierung (finde den Zellkern im Mikroskopbild), zur Detektion (lokalisiere alle Baumkronen und bestimme deren Typ anhand eines Luftbilds) oder auch zur 3D-Rekonstruktion (bestimme die dreidimensionale Form eines Motorrads anhand zweier Bilder). Zur Illustration zwei Beispiele aus dem klinischen Alltag:

Frühzeitige Diagnose von Lungenkrankheiten

Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) ist eine weit verbreitete Krankheit, weil Rauchen früher „cool“ war: Jährlich sterben mehr als drei Millionen Menschen daran. Bei Erkrankten werden Teile der Lunge nicht mehr richtig belüftet, wodurch die Leistungsfähigkeit stark beeinträchtigt werden kann. Je früher die Krankheit diagnostiziert wird, desto besser sind die Behandlungsmöglichkeiten.

Der aktuelle Diagnosestandard ist die Funktionsmessung der gesamten Lunge durch eine Spirometrie und die Auswertung des ausgeatmeten Volumens. Bei COPD-Patienten sind jedoch häufig nur Teile der Lunge betroffen. Beispielsweise kann dort Luft „gefangen” werden („air trapping“). Andere Bereiche der Lunge können die fehlende Funktion dieser Bereiche kompensieren, so dass ein frühes Stadium der COPD bei einer Gesamtmessung leicht übersehen werden kann. Deshalb ist die Lokalisierung und frühzeitige Diagnose der betroffenen Regionen von großer Bedeutung.

Hier kann die automatische Bildregistrierung eingesetzt werden: Zunächst wird jeweils ein CT-Bild im eingeatmeten und ausgeatmeten Zustand gemacht. Die Aufgabe der Bildregistrierung ist es, eine Transformation zu finden, die die Unterschiede zwischen den Bildern beschreibt. Daraus kann dann die Volumenänderung der Lunge in jedem einzelnen Punkt bestimmt werden und schlecht belüftete Bereiche lassen sich früh erkennen und lokalisieren.

Präzisere Bestrahlung durch Bildregistrierung

Ein weiteres Themenfeld ist die Anwendung von Bildregistrierungsverfahren in der Strahlentherapie. Dieses medizinische Fachgebiet beschäftigt sich hauptsächlich mit der Behandlung von Krebspatienten. Das Ziel der Therapie ist es, das vom Krebs befallene Gewebe mit Strahlung zu beschießen und dadurch abzutöten. Unser Beitrag dabei ist, dass die Therapie gezielter stattfindet: Es soll das gesamte Tumorgewebe und möglichst kein gesundes Gewebe bestrahlt werden.

Der klinische Alltag eines Strahlentherapeuten sieht ungefähr so aus: Er nimmt zunächst ein CT-Bild des Patienten auf, auf welchem er festlegt, welches Gewebe wieviel Dosis im Laufe der Therapie erhalten soll. Über einen Zeitraum von vielen Wochen und in mehreren Bestrahlungsanwendungen wird der Patient so wie im Plan vorgesehen bestrahlt.

Da der Patient jedoch bei jeder Sitzung ein wenig anders im Strahlentherapiegerät liegt als zu Beginn im CT, passt der anfangs erstellte Strahlentherapieplan nicht mehr und muss neu erstellt werden. Um dieses Problem zu umgehen, kann an jedem neuen Behandlungstag ein CT-artiges Bild (Cone Beam Computed Tomography) aufgenommen werden, während der Patient bereits im Strahlentherapiegerät liegt. Mit Hilfe unserer Algorithmen registrieren wir das CT-Bild (mit dem der Plan erstellt wurde) auf das aktuelle Bild des Patienten im Strahlentherapiegerät (siehe Bild). Dies ermöglicht es dem Arzt, einen neuen Strahlentherapieplan zu erstellen, der an die aktuelle Körperlage des Patienten im Gerät angepasst ist. Unsere Verfahren erlauben damit eine gezieltere Therapie des Patienten, und gesundes Gewebe wird weniger belastet.

Mit dem Lübeck University Students Trial, besser bekannt als LUST-Studie, läuft zur Zeit eine alle Studienanfänger einschließende Längsschnitt-Studie, die nicht nur die Entwicklung der Gesundheit während des Studiums verfolgt, sondern vor allem der Frage „Was hält Studierende gesund?“ nachgeht. Die bisherigen Ergebnisse sind erschreckend und zeigen: Ausgehend von der Selbsteinschätzung geht es mit der Gesundheit der Lübecker Studierenden in den ersten zwei Studienjahren deutlich abwärts. Außerdem startet ein beträchtlicher Anteil der Studierenden schon mit einem ungesunden Arbeitsmuster ins Studium. Weitere, detailliertere Ergebnisse findet ihr auch in der Juli-Ausgabe des StudentenPACKs. Um für nachfolgende Studierendengenerationen gesundheitsfördernde Angebote machen oder Studienpläne anpassen zu können, ist wichtig, dass möglichst viele Studenten an den Nachbefragungen teilnehmen – also macht mit und lasst euch euren Gutschein nicht entgehen!

Prof. Dr. Jan Modersitzki kommt von der Insel Fehmarn – genauer gesagt aus Landkirchen – hat in Hamburg Mathematik studiert und anschließend dort 1990 promoviert. Ebenso wie Prof. Heinz Handels (siehe letzte StudentenPACK-Ausgabe) ist auch Prof. Modersitzki ein in Lübeck bereits bekanntes Gesicht: Kurz nach Gründung des Institutes für Mathematik im Rahmen der Einführung des Diplomstudiengangs Informatik folgte er 1995 seinem Studienkollegen Prof. Bernd Fischer nach Lübeck, um die mathematische Vorlesungen und deren Inhalte mit zu gestalten.

Prof. Modersitzki selbst stammt aus der Approximationstheorie und numerischen Algebra und hat im Laufe der Jahre hier in Lübeck zusammen mit Prof. Fischer die Arbeitsgruppe SAFIR (Solutions and Algorithms for Image Registration) gegründet, die sich mit der Registrierung medizinischer Bilder beschäftigt. Die Registrierung vergleicht zwei medizinische Aufnahmen und versucht dabei, etwa die Leber in ihrer Lage und Orientierung wieder zu finden. Dies kann entweder ein Vergleich zwischen prä- und postoperativem Bild oder zwischen Planungsaufnahmen vor der Operation und einem Test im Laufe einer Operation sein. Die Schwierigkeit liegt mathematisch im Wechsel der Perspektive, vor allem aber in der Verformung, die zwischenzeitlich mit den Organen geschieht. Die Anwendung liegt also sowohl in der intraoperativen Kontrolle als auch in der nachträglichen Bewertung einer Operation, aber auch die vorherige Planung mit Hilfe der Bilder bzw. den aus den Bildern gewonnenen Daten ist eines der Gebiete, auf denen die Arbeitsgruppe forscht.

Die enge Zusammenarbeit zwischen Mathematik und Medizin in diesem Bereich macht Lübeck zu einem prädestinierten Standpunkt. Die Arbeitsgruppe arbeitet dabei an der mathematischen Modellierung und deren Implementierung sowie Tests und Etablierung der Software im Operationssaal.

Nach seiner Habilitation 2003 erhielt Prof. Modersitzki zu Beginn des Jahres 2008 einen Ruf an die McMaster University in Hamilton, Kanada. Dort war er am Department of Computing and Software als Associate Professor tätig. „Die Lehre ist in Kanada ganz anders, viele Abläufe sind ganz formell gefasst.“, berichtet er von der Lehre dort.

Vor allem hat ihn zu Beginn die Kälte im Winter fasziniert, bei -20 Grad sei es wirklich ungemütlich, wenn noch der Wind dazukommt. Dafür sei der Schnee in Kanada schöner und lade viel eher dazu ein, darin herumzutoben, berichtet er.

Aus der engen Zusammenarbeit der SAFIR-Gruppe mit dem MEVIS-Fraunhofer Institut in Bremen begannen 2009 die Planungen für eine Ausgliederung und eine Projektgruppe in Lübeck. Dazu gibt es üblicherweise ein Institut an der dazugehörigen Universität, berichtet Prof. Modersitzki, dass dann die enge Zusammenarbeit ermöglicht, und damit die Projektgruppe zu einem Fraunhofer Institut ausgebaut wird.

Nach der Gründung des Institutes im Januar ist nun im April die Projektgruppe medizinische Bildverarbeitung Lübeck der Fraunhofer Gesellschaft initiiert worden. Solange das neue mathematische Institut noch keinen Direktor hat, ist Prof. Modersitzki verwaltungstechnisch dem Institut für Mathematik untergeordnet, aber auch da ist die Berufung fast abgeschlossen. „Das ist eine klare Stärkung der Mathematik in Lübeck“, so Prof. Modersitzki, „mit einem zweiten mathematischen Institut sind wir sehr viel besser aufgestellt“. Wird dazu noch das Fraunhofer Institut etabliert, bedeutet das einen weitere Verbesserung der mathematischen Themen in Lübeck.

Mit Vorlesungen wie etwa „Mathematische Methoden der Bildverarbeitung“ letztes Semester oder „Numerik für große Bildverarbeitungsprobleme“ dieses Semester ist die Thematik des Institutes und der Projektgruppe auch schon in der Lehre vertreten. Prof. Modersitzki hält in diesem Themenbereich die Vorlesung „Bildregistrierung“, sowie die Vorlesung „Optimierung“. Er hofft, dass er auch in Zukunft dabei die Zeit findet, manchmal auch auf den „Teufel im Detail“ einzugehen. Genau da, so Prof. Modersitzki, seien die Bereiche der Mathematik, die faszinieren und die Spannung ausmachen.

Am Anfang steht natürlich die Frage: Was wollen wir eigentlich machen? Diese Frage verschlang schon viel Zeit und eine Menge Kreativität, das Ergebnis waren unter anderem viele Kuriositäten: Ein Exoskelett für ältere Menschen, das ihnen wieder mehr Mobilität verleihen soll. Ein Flugroboter-Geschwader, das Senioren auf Schritt und Tritt verfolgt und Alarm schlägt, wenn ihnen etwas zustößt oder sie Hilfe benötigen. Ein Quadrokopter, der autonom Gebäude umfliegt und von diesen mit Hilfe von Fotos ein 3D-Modell errechnet.

Geeinigt haben wir uns schließlich auf eine Sehhilfe, die wir uns idealerweise vorgestellt haben als eine Brille mit integrierter Kamera, die dem Nutzer Text im Bildbereich vorliest. Über ein paar Bedienelemente soll sich die Lautstärke regulieren, das Vorlesen pausieren lassen, et cetera. Der nächste Schritt war also einen Business-Plan aufzustellen. Wir haben untersucht, wie groß der Markt für ein solches Produkt ist, wieviel Zeit und Geld es kosten würde einen Prototypen zu entwickeln und inwiefern wir bereits existierende Software-Projekte nutzen können und rechtlich dürfen.

Die Zielgruppe der Sehbehinderten umfasst allein in Deutschland schätzungsweise 1,2 Millionen Menschen, weltweit sogar mehr als 160 Millionen. Nach “vorsichtigen” Rechnungen würden wir mit einem guten Produkt innerhalb von fünf Jahren einen Reingewinn von 20 Millionen Euro einfahren können – und das nach einem sehr guten Gehalt. Beim Verkaufspreis des Geräts gehen wir davon aus, dass es von den Krankenkassen Zuschüsse gibt.

Genügend Motivation sollte das sein. Doch wie genau soll das Ganze funktionieren? Es gibt bereits Software, die aus Bildern Text erkennen kann. Der ein oder andere kennt dies vielleicht als Stichwort OCR von Scanner-Software. Darüber hinaus gibt es Software, die Text vorlesen kann. Doch ganz so leicht wie diese hintereinander zu stecken ist es dann doch nicht. Denn vor allem OCR funktioniert scheinbar nur unter besten Bedingungen – und selbst dann, zum Beispiel beim Scannen eines Textes, geschehen erstaunlich viele merkwürdige Dinge. Um Abhilfe zu schaffen setzen wir auf zwei Strategien: Einerseits versuchen wir durch möglichst geschickte Bildvorverarbeitung die Bedingungen zum richtigen Erkennen der Worte zu verbessern, andererseits versuchen wir mit Hilfe eines Wörterbuches falsch erkannte Worte zu erkennen.

Die OCR-Software scheint alles als Text interpretieren zu wollen. Auf einem gescannten Brief mag dies Sinn machen. Für ein Foto, auf dem neben einem Schild mit etwas Text noch alles mögliche andere zu sehen ist, stellt dies ein großes Problem dar. Unsere Bildvorverarbeitung zielt darauf ab, Text von Nicht-Text zu trennen und den Text deutlich vom Hintergrund abzuheben. Perspektivische Verzerrungen, wie sie bei Scans nicht auftreten, wohl aber bei Fotos, sind ein weiteres Problem.

Bei der Hardware gab es auch ein paar Fragen zu klären. Für die Berechnungen fiel die Wahl schließlich auf ein Netbook, also einen kleinen Mini-Laptop. Die Bedienung läuft über eine umprogrammierte Wii-Mote. Die Kamera wird nun wohl doch eher handgehalten werden als brillenmontiert.

Es ist also insgesamt noch ein weiter Weg. Von dieser Idee fehlen zu einer fertigen Technologie noch einige Details für die Umsetzung. Die technischen Möglichkeiten dazu existieren allerdings und eine Vorlesebrille könnte es in nicht allzu ferner Zukunft geben. Vielleicht gehören zu den Lesern des Studentenpacks ja schon bald Sehbehinderte.

Für das medizinische Ranking wurden 35 Unis miteinander verglichen. Es wurden „die verausgabten Drittmittel, die Ergebnisse einer bibliometrischen Analyse sowie die Anzahl der Promotionen und Erfindungsmeldungen“ für die Bewertung berücksichtigt. Wer dabei in mindestens fünf von neun Bereichen zur Spitzengruppe gehörte, darf sich künftig als „forschungsstarke Hochschule“ bezeichnen. Klarer Sieger in der Medizin ist die Uni Tübingen, die außer bei den Zitationen überall zur Spitzengruppe gehört und zudem noch eine hohe Reputation bei dazu befragten Hochschulprofessoren erlangt. Lübeck ist hier leider nicht vertreten. Doch nur, weil Lübeck nicht zu den Gesamtsiegern gehört, heißt das nicht, dass die Uni nicht in der einen oder anderen Teildisziplin mithalten kann.

Zunächst wurden die Drittmittel näher beleuchtet. Hier berücksichtigt wurden Mittel von der DFG, von der EU, dem Bundesministerium für Bildung und Forschung, weiteren Bundes- und Landesgeldern sowie Mittel von Stiftungen, vom DAAD, für Graduiertenkollegs und aus der Privatwirtschaft. Bester in dieser Kategorie ist die LMU München mit knapp 115,4 Millionen Euro jährlich, was rund 729000 Euro pro Professor entspricht. Gleich danach kommt die Berliner Charité, doch schon auf dem 3. Platz, den die Uni Heidelberg erreicht, stehen insgesamt nur noch knapp die Hälfte an Geldern zur Verfügung. Lübeck ist relativ weit abgeschlagen, gehört mit 13,2 Millionen insgesamt zur Schlussgruppe, kann sich aber zumindest mit der Pro-Kopf-Verteilung je Professor (236200 Euro) noch in die Mittelgruppe retten. Während die LMU und die Charité das meiste Geld von der DFG bekommen, die LMU zudem herausragend ist, was wirtschaftliche Förderung angeht, so bezieht Lübeck die meisten Drittmittel aus EU-, Bundes- und Landesgeldern.

Einen weiteren Unterpunkt der Bewertung stellen die Publikationen dar. In einem komplexen Verfahren errechnet das CHE hier, welcher Wissenschaftler von welchem Institut an welcher Universität was veröffentlicht hat und wie oft zitiert wurde. In der Spitzengruppe schon bekannte Namen: Da sind die Berliner, die beiden Münchner Unis, Tübingen, Hannover und Heidelberg. Doch während die Charité nur in der absoluten Menge punktet, bei Publikationen je Prof und Zitationen je Paper nur in der Mittelgruppe landet, stellt die TU München wohl den wahren Testsieger: Als einzige Uni bekommt sie drei grüne Punkte. Lübeck scheint auf den ersten Blick wieder weit abgeschlagen in der Schlussgruppe. Doch bei genauerer Betrachtung sieht man in der gleichen Zeile auch einen grünen Punkt: Je Professor wurde 18,6 Mal publiziert. Damit ist Lübeck auf Platz 8, also ganz weit vorne mit dabei und verdient sich sogar eine Erwähnung im Text: „Hervorzuheben ist die Medizinsche Universität Lübeck“; da kann man sogar verschmerzen, dass unsere Uni eigentlich gar nicht mehr so heißt.

Ganz ähnlich sieht es bei den Promotionen aus: Die große Masse an den großen Unis, als Sieger darf sich hier Freiburg wähnen. Lübeck ist insgesamt erneut nur Mittelfeld. Was aber die Promotionen je Prof angeht, teilt sich unsere Uni den 9. Platz mit der LMU München und den Kielern.

Der letzte Aspekt, der in den objektiven Teil des Rankings einfloss, waren die Erfindungen, die sowohl von Professoren als auch von wissenschaftlichen Mitarbeitern der Institute stammen konnten. Dabei wies das CHE gesondert darauf hin, dass die Erfindungsmeldungen „für eine anwendungs- bzw. transferorientierte Forschung“ stünden. Ganz oben stehen auch hier die Charité und Tübingen. Freiburg, die LMU und Mainz sind nicht weit entfernt, sogar Hamburg reiht sich noch mit ein. Weit abgeschlagen – und dieses Mal wirklich – ist Lübeck, mit 9,7 Erfindungen pro Jahr (zum Vergleich Charité: 61,7). Und auch 1,7 Erfindungen je Prof reichen höchstens noch für einen knappen Sprung ins Mittelfeld.

Angesichts des Gesamteindrucks überrascht es nicht, dass die Professoren, die befragt wurden, welche Unis sie als in der Forschung führend betrachten, Lübeck nicht mit aufzählten. Da gehen nun mal renommierte Namen, wie Heidelberg, LMU, Charité, Freiburg, TU München und Hannover viel leichter von den Lippen.

Angesichts der Größe – oder besser der Kleine – der Fakultät muss sich Lübeck jedoch mit Sicherheit nicht verstecken. Die ganzen Doktoranden müssen einfach ein bisschen reger publizieren.

Doch Lübeck besteht ja nicht nur aus Medizinern. Erstmalig rankte das CHE 2009 auch die Informatik. Dabei wurden 61 Universitäten in Sachen Drittmittel und Promotionen verglichen. Auf eine bibliometrische Analyse wurde zunächst verzichtet, da es noch keine „geeignete Datenbasis“ gebe, mit der ein Vergleich möglich wäre. Nach CHE-Angaben beschäftige sich der Fakultätentag Informatik derzeit mit einer solchen Datenbasis, diese solle dann im nächsten Rankingszyklus auch mit einbezogen werden.

Insgesamt gab es also vier Spitzenplätze (zwei absolute, zwei relative) zu erreichen. Unis, die drei oder mehr erlangten, dürfen sich forschungsstark nennen. Volle Punktzahl und zusätzlich eine gute Reputation durch die Professoren erreichten demnach das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die TU München sowie die Uni Saarbrücken.

Bei der Drittmittelvergabe wurde wieder berücksichtigt, was von DFG, von EU, Bund und Ländern, was von DAAD, Stiftungen oder Wirtschaft gezahlt wurde. Das größte Einkommen konnte dabei die TU Berlin verzeichnen: über 12,9 Millionen Euro insgesamt, rund 135.000 Euro pro Wissenschaftler. Dicht folgten hier Saarbrücken, das KIT und die TU München. Lübeck gehörte mit 1,7 Millionen insgesamt und 33.400 Euro je Wissenschaftler immerhin zum soliden Mittelfeld und ist damit knapp vor den Kielern, die Gefahr laufen, in die Schlussgruppe abzurutschen. Das meiste Geld der Lübecker stammt hier von der DFG, einiges sind aber auch Fördermittel von Bund und Ländern.

An der Spitze des Promotionsrankings steht mit 36 pro Jahr die TU München, doch wird die Pro-Professor-Zahl von 1,2 noch von Bielefeld (1,8) und dem KIT (1,7) geschlagen. Die Lübecker Doktoranden müssen sich allerdings noch ein wenig ran halten. Denn mit 5,3 Publikationen pro Jahr und nur 0,4 pro Professor müssen sie Angst haben, bald zur Schlussgruppe zu gehören.

Doch auch hier gilt: Die Fakultät ist relativ klein und kann lang nicht in solchen Massen produzieren, wie die großen Unis, die dementsprechend auch einen Spitzenplatz in der Reputation bekommen (TU München, KIT, RWTH Aachen und Saarbrücken).

Trotz allem: Angesichts der Drittmittelzahlen, die sowohl in der Informatik als auch in der Medizin eher gering sind, können wir doch sagen: Wir haben das Beste rausgeholt! Und sowieso: In der Lehre sind wir immer noch spitze!

Die GI ist, wie erwähnt, kein so legislatives Organ, aber dennoch die offizielle Vertretung des Berufsstandes in der Öffentlichkeit. Aus den Fachkreisen der GI bzw. unter deren Schirmherrschaft werden viele Kongresse ausgerichtet und Fachzeitschriften herausgegeben, die den State-Of-The-Art der deutschen Wissenschaft widerspiegeln. Somit ist die GI auch keine unwesentliche Institution, allerdings natürlich mit wenig Berührungspunkten für die Studierenden. Oder sollte man sich hier täuschen?

Ich stieß in einer Ausgabe des Informatik Spektrum auf einen Artikel, der die neu geplante Studentenecke vorstellte. Zu meiner freudigen Überraschung setzt sich die GI in vielen Bereichen für die Studierenden ein. Nicht nur, daß die Studierenden einen sehr niedrigen Mitgliedsbeitrag und großzügige Ermäßigungen bei Kongressen und ähnlichen Veranstaltungen bekommen, sie sind auch innerhalb der Institution voll stimmberechtigt.

Ich möchte hier jetzt nicht die Gesellschaft für Informatik vorstellen, ich mußte allerdings feststellen, daß ein Informatik-Student aus Hamburg, Jens Nedon, Mitglied des Präsidiums der GI ist. Dies fand ich so bemerkenswert, daß ich es mir erlaubt habe, ihn einmal mit einem kurzen Briefinterview vorzustellen.

An dieser Stelle sollte jetzt eigentlich das Interview mit Jens Nedon stehen, leider ist es nicht mit Erscheinen dieser Ausgabe fertig geworden. Ich werde es aber in den nächsten Tagen hier einsetzen. (Stand 17.12.98) Bedauerlicherweise hat uns Jens Nedon nach zweimaliger Zusage mit unserem Interview versetzt. Wir hoffen, daß solch eine Fehlankündigung eine Ausnahme bleibt. In der nächsten Ausgabe bemühen wir uns um einen Ersatz.

Archivierter MUFtI-Artikel

Dieser Artikel erschien in der Onlinezeitung der Fachschaft Informatik. Er wird hier im Rahmen unserer Archivierungsbemühungen kopiert. Das Original ist in der Way-Back-Machine des Internet Archives zu finden.