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Mittwoch, 03.01.2018

Die Highlights der sächsischen Forschung 2017

Mit ihren Entdeckungen, Studien und Expeditionen haben Sachsens Universitäten und Institute im vergangenen Jahr viel Beachtung gefunden. Die Wissenschaftsredaktion der Sächsischen Zeitung hat ihre zehn Favoriten aus den zurückliegenden Monaten ausgewählt.

Von Stephan Schön, Jana Mundus und Frank Essegern

Immer dichter schließt sich das Eis. Leipziger Forscher sind mit der Polarstern jenseits von Spitzbergen unterwegs. Sie sind auf Wolkenmission und fahren in die Wetterküche Europas.
Immer dichter schließt sich das Eis. Leipziger Forscher sind mit der Polarstern jenseits von Spitzbergen unterwegs. Sie fahren in die Wetterküche Europas.

© Stephan Schön

  • 1: Die Arktis beginnt 90 Kilometer vor Dresden. Sie ist ein lehmig-matschiger Acker, der so langsam wieder festfriert. Dieser Acker von Melpitz in der Nähe von Torgau ist das Versuchsgelände für Tropos. Und das, obwohl Tropos, das Leipziger Leibniz-Institut für Troposphärenforschung, nicht wirklich etwas mit Landwirtschaft zu tun hat. Es ist Januar 2017 und Tropos macht den winterlichen Härtetest für seine neuen Sensoren, für die Messtechnik am Boden und in der Luft. Es sind die letzten Vorbereitungen für die große Expedition in die Arktis.

Wissenschaftler vom Tropos und Meteorologen der Universität Leipzig fahren schließlich im Mai/Juni gemeinsam mit Forschern der Universität Bremen und vor allem vom AWI, dem Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung ins Nordpolar-Eis. Ziel ist eine große Eisscholle, ein driftender Platz in der Arktis. An die 50 Forscher bauen dort für zwei Wochen im Juni ihre Messstationen auf, versenken Tauchroboter unters Eis und lassen Ballons darüber fliegen. Es ist eine Forschungskampagne, wie es sie in dieser Art bisher noch nicht gegeben hat, berichtet Andreas Macke, Tropos-Institutsdirektor und wissenschaftlicher Fahrtleiter.

49 Wissenschaftler nimmt Fahrtleiter Andreas Macke mit, darunter auch einen Journalisten. Stephan Schön, Wissenschaftsredakteur der Sächsischen Zeitung, ist Teil vom Team. Während der Expedition ist er dort integriert als Hilfswissenschaftler, Bärenwache und natürlich Berichterstatter von Bord. Im Oktober 2017 erscheint dann das EiSZeit-Magazin in 3-D und multimedial. Es geht darin um das Leben und Arbeiten an Bord. Um neue, von den Instituten selbst entwickelte Messgeräte, um Atmosphäre und Wolken. Weltweit sind noch nie so viele Instrumente zur Untersuchung von Wasser, Eis, Atmosphäre und Strahlung gleichzeitig in der Arktis eingesetzt worden, sagt Andreas Macke. Von Spitzbergen sind zudem nahezu täglich zwei Polarflugzeuge in Richtung Eisbrecher unterwegs. Auf den exakt vorgeschriebenen Schleifen über der Polarstern sammeln sie ein paar Hundert, ein paar Tausend Meter darüber ähnliche Daten, wie die Forscher von der Scholle und vom Schiff aus. Geleitet wird diese Messkampagne von Manfred Wendisch, dem Direktor des Meteorologie-Instituts der Universität Leipzig. Zwei Jahre dauerten die unmittelbaren Vorbereitungen für diese Schiffs- und Flugzeug-Expedition. Sie ist Teil des Sonderforschungsbereichs zum Klimawandel in der Arktis und dessen Folgen auch für unser Wetter. Dies nennt sich AC³ und wird von der Universität Leipzig geleitet. Mit einer angestrebten Verlängerung könnte diese Forschung bis 2028 fortgesetzt werden. Die erfolgreiche Polarstern-Expedition ist dafür die beste Voraussetzung.

Die Multimedia-Reportage aus dem Eis gibt es hier: www.szlink.de/eiszeit

  • 2: Mit Killerzellen den Krebs besiegen: Gerhard Ehninger, einer der Klinikdirektoren am Dresdner Uni-Klinikum, sowie Michael Bachmann, Direktor des Institutes für Radiopharmazeutische Krebsforschung am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, gründeten dafür das Unternehmen Gemoab. Seit 2011 wurden bereits 180 000 Euro allein für den Patentschutz ausgegeben. 3,6 Millionen Euro kamen vom Bundesforschungsministerium, Darlehen von Risikokapitalgebern und Sächsischer Aufbaubank. Mit einem überragenden Ergebnis nach vergleichsweise wenigen Jahren: Nach 15 Jahren Forschung hat ein neues gentechnisch hergestelltes Medikament seine weltweit erste Zulassung für den Test im Krankenhaus erhalten. Jetzt sollen die ersten 35 Patienten mit einer besonders aggressiven Form der Leukämie in Dresden und Würzburg behandelt werden.

  • 3: Mithilfe von Bakterien Kupfer aus dem Erz holen: Auf diese Weise wollen Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) künftig den Bergbau revolutionieren. Gemeinsam mit Partnern aus Chile testen sie die neue Technologie der Erzaufbereitung in Kupferminen in dem Andenstaat. Statt aggressiver Chemikalien werden dabei für die Rohstoffgewinnung natürlich im Boden vorkommende Bakterien genutzt. In einem Wasserbad wird das deutlich kleiner als bisher zermahlene Gestein den Bakterien ausgesetzt, die die winzigen Staubteilchen sortieren. Das hinterlässt nur biologisch abbaubare Bergbaurückstände und ermöglicht es, bisher nicht nutzbare Minerale von Kupfer, Lithium, Indium, Zink oder Zinn aufzubereiten, die im Gestein zu durchmischt und zu kleinkörnig vorkommen. Anwendung könnte das Verfahren künftig ebenso im Lausitzer Kupfergebiet oder für Erzlagerstätten und Althalden im Erzgebirge oder im Recycling finden.

  • 4: Wie biologische Systeme sich organisieren, welche Prozesse dafür in Zellen, Geweben, Organen ablaufen, das untersuchen seit gut einem halben Jahr die Wissenschaftler am neuen Dresdner Zentrum für Systembiologie (CSBD). Die Forscher um Gründungsdirektor Gene Myers, Frank Jülicher und Ivo Sbalzarini kommen aus ganz unterschiedlichen Fachgebieten. Um herauszufinden, auf welche Weise das Erbgut die vielfältigen Formen des Lebens hervorbringt, entwickeln sie unter anderem neuartige hochauflösende Mikroskope. In einem Raum zur Projektion virtueller Realität, der Cave, wandeln sie die Mikroskopiedaten in Echtzeit zum 3-D-Bild um und können so etwa Zellen bei der Teilung zusehen. Die neuen Bilder vom Plan des Lebens sollen letztlich eine Grundlage dafür liefern, bisher unheilbare Krankheiten zu behandeln. Für die Lebenswissenschaften in Dresden ist das Zentrum ein entscheidender Zukunftsbaustein.

  • 5: Superflach soll die Elektronik werden, die künftig Blinde wieder sehend macht. Dresdner Wissenschaftler um TU-Physikprofessor Karl Leo stellten 2017 ihre Pläne dazu vor. Der Retina-Chip soll Licht derart in elektrische Impulse umsetzen, dass die Nervenenden im Auge sie empfangen und weiterleiten. Nach Tierversuchen beginnt demnächst eine medizinische Studie. Die Arbeit an Chips mit organischer Elektronik geht aber noch weiter. Daten zur Sauerstoffsättigung im Blut und zur Durchblutung allgemein könnte in Zukunft ein Pflaster mit flexibler Elektronik übermitteln. Das wird einfach auf den Körper aufgeklebt. Auch ein Langzeit-EKG oder die Wundheilung könnten so viel einfacher überwacht werden. Organische Elektronik arbeitet auf Kohlenstoffbasis statt mit Silizium. Anders als bei der Mikroelektronik sind solche Kohlenstoff-Chips größer, dafür lassen sie sich viel einfacher auf fast jedem Material herstellen. Ob auf Glas, Folie oder auf der Haut. In vier Jahren soll das Elektronik-Pflaster auf den Markt kommen.

  • 6: Mit Joghurt gegen Parkinson. Eine zufällige Entdeckung könnte in fünf Jahren zu einem neuen Medikament gegen Parkinson führen. Linksdrehende Milchsäure, D-Laktat, wie sie insbesondere im bulgarischen Joghurt vorkommt, und auch Glykolsäure in unreifem Obst sind Wirkstoffe, die offenbar gegen Parkinson wirken. Die Dresdner Max-Planck-Forscher Antony Hyman und Teymuras Kurzchalia vom CBG wissen aber auch, dass diese Dosis zu gering wäre, um zu helfen. Dennoch ist es der Anfang einer großen Entdeckung. Klinische Versuche sollen noch 2018 beginnen. Immer neue Versuche im Labor zeigen inzwischen, diese Stoffe kommen in den Zellen genau dort an, wo sie gebraucht werden. Und sie wirken offenbar ohne Nebenwirkungen. Arbeitsunfähige Nervenzellen konnten wiederbelebt werden.

  • 7: Eine Kapsel mit Schweinezellen könnte die Rettung für Diabetes-Patienten bedeuten. Erstmals überhaupt ist es Wissenschaftlern der TU Dresden gelungen, Rhesusaffen ein künstliches Organ mit diesen fremden Zellen einzupflanzen. Der kleine Bioreaktor ist nur fünf Zentimeter groß, wird unter die Haut implantiert und ersetzt im Affen die Bauchspeicheldrüse, die Insulin produziert. Die im Kunst-Organ eingeschlossenen Spenderzellen funktionierten auch nach einem halben Jahr noch, berichteten die Forscher im Oktober. Stieg der Zuckerspiegel im Blut, fingen sie an, Insulin zu produzieren. Vor ein paar Jahren war das System schon einmal im Menschen getestet worden, allerdings mit menschlichen Spenderzellen. Ob die Schweinezellen-Variante nun ebenfalls für klinische Tests an Patienten zugelassen wird, muss nun das Paul-Ehrlich-Institut, das deutsche Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel, entscheiden.

  • 8: Wirksamere Impfstoffe ganz ohne Chemikalien: Für deren Entwicklung hat das Fraunhofer FEP 2017 eine neue Laboranlage aufgebaut. Dort werden die innovativen Impfstoffe für die industrielle Produktion getestet. Bislang werden für die Herstellung sogenannter Tot-Impfstoffe giftige Substanzen eingesetzt. Diese zerstören die Erbinformation eines Virus, sodass dieser sich nicht mehr vermehren kann. Das dauert jedoch Wochen. Bei der neuen Methode aus Dresden wird der Virus durch Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronen in kurzer Zeit unschädlich gemacht. Im Gegensatz zur Behandlung mit Chemie bleiben dabei die für die Immunabwehr wichtigen Antigene erhalten. In Zukunft wären so bei einer Impfung deutlich geringere Mengen Impfstoff notwendig, hoffen die Forscher.

  • 9: Knochen aus dem Drucker könnten in naher Zukunft Normalität werden. Forscher vom Fraunhofer-Institut für keramische Technologien und Systeme in Dresden haben so zumindest schon kleinere Knochen hergestellt. Dafür kopieren sie die Natur. Ein menschlicher Knochen besteht aus einer festen Außenhülle und einem porösen Inneren. Um das nachzubauen, verwenden die Forscher keramische Materialien wie Hydroxylapatit, Zirkonoxid oder auch Mischungen aus beiden Stoffen. Daraus entsteht die Knochenhülle im Drucker. Gefüllt wird diese danach mit dem Stoffgemisch. In einem Gefriertrockner schäumt die Masse auf und gefriert schlagartig. Die Implantate werden langsam durch eigene Knochensubstanz ersetzt und verschwinden am Ende komplett. Die Kollegen vom Dresdner Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung setzen bei Knochendefekten auf Magnesium-Implantate aus einer vorher hergestellten Magnesium-Faserstruktur. Sie dient dem Knochen als Leitstruktur während des Wachsens. Das Magnesium stimuliert durch biomechanische Prozesse dieses Wachstum sogar. Die Faserstruktur ermöglicht zeitgleich, dass Blutgefäße einwachsen können. Parallel zum Heilungsprozess baut sich das Implantat ab. Ein Berliner Biotech-Unternehmen hat sich die Lizenz für den Einsatz in der Mund- und Kieferchirurgie gesichert.

  • 10: Der Homo sapiens ist weit älter, als bislang angenommen. Jean-Jacques Hublin vom Leipziger Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie entdeckte mit einem internationalen Team bei Ausgrabungen in Marokko fossile Knochen, die die Forscher einem frühen Vertreter des modernen Menschen zuordnen konnten. Über modernste Datierungsmethoden bestimmten sie das Alter ihrer Funde, zu denen auch Tierknochen und Steinwerkzeuge gehörten, auf rund 300 000 Jahre. Damit sind diese Fossilien rund 100 000 Jahre älter als die bis dahin als älteste bekannten Homo-sapiens-Funde in Äthiopien. Zudem konnten die Forscher nachweisen, dass sich der Gesichtsschädel der von ihnen untersuchten Fossilien kaum von dem heute lebender Menschen unterscheidet.

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