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Grundlagenforschung

Die Basis für medizinische Innovation

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlicher in der Grundlagenforschung sind neugierig: Sie wollen den Mechanismen auf die Spur kommen, die komplexe Prozesse in der Natur antreiben. Dazu arbeiten sie unvoreingenommen und gleichzeitig systematisch und genau. In allen naturwissenschaftlichen Disziplinen schaffen sie die Basis für neue Maschinen und Verfahren. Doch oft wird der wertvolle Beitrag aus den Forschungseinrichtungen erst im Rückblick wirklich erkennbar.

Das gilt auch für die medizinische Grundlagenforschung. So wären heute etablierte Standardeingriffe wie Operationen am Herzen unmöglich ohne das Wissen aus Jahrhunderten von Forschung zu Elektrizität und anderen Fragestellungen. Die Grundlagenforschung ist ein kontinuierlicher Prozess. Weltweit arbeiten Wissenschaftler daran, die Voraussetzungen für die Entwicklung neuer medizinischer Therapien und Medikamente zu verbessern.

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Medizinische Grundlagenforschung im Überblick

Die unmittelbare Suche nach neuen Wirkstoffen und Therapieansätzen beginnt der klassischen Auffassung nach erst dann, wenn die Grundlagenforschung die notwendige Wissensbasis geschaffen hat. Mit diesen Ergebnissen können die Kollegen in der anwendungsbezogenen Forschung die tatsächlichen Ursachen für Krankheitsbilder verstehen. Das ist sehr wertvoll: Schließlich kann nur so eine zielgerichtete Behandlung der Krankheitsursachen erfolgen. Von Zufallsentdeckungen abgesehen bleibt sonst nur die Behandlung der Symptome.

Nicht immer zu trennen: Grundlagenforschung und angewandte Forschung

Grundlagenforscher begeben sich auf die Suche nach den zugrunde liegenden Interaktionen zwischen Zellen, Organen oder ganzen Lebewesen, die für biologische Prozesse verantwortlich sind. Dafür betrachten sie äußerst komplexe Systeme mit zahlreichen Komponenten. Das beste Beispiel ist das menschliche Gehirn: Verantwortlich für seine Funktion sind Millionen von Zellen, die in ständigen Wechselbeziehungen stehen. Neben der Echtzeit-Verarbeitung von Sinneswahrnehmungen ist das Gehirn auch für permanente Lern- und Denkprozesse verantwortlich. Gerade hier, bei den Neurowissenschaften, bietet sich Wissenschaftlern in der Grundlagenforschung ein offenes Forschungsfeld. Erst das verbesserte Verständnis neuronaler Prozesse kann die Therapiemöglichkeiten für Hirnerkrankungen deutlich ausbauen.

Der engere Zweck der Grundlagenforschung liegt aber nicht im Anwendungsbezug, sondern in der reinen Vermehrung des Wissens. In der Grundlagenforschung dominiert die Frage danach, wie es zu einer bestimmten Erkrankung kommt. Das Leitmotiv in der angewandten und meist kommerzielleren Forschung ist dagegen die Suche nach einem Wirkstoff, mit dem sich der biochemische Prozess beeinflussen lässt. Medizinischer Fortschritt erfordert beides: Grundlagenforschung und angewandte Forschung.

Neben den sequenziellen Übergang von Grundlagenforschung zur angewandten Forschung tritt zunehmend ein anderer Ansatz: die Translationale Forschung. Durch einen engeren Austausch zwischen Forschungseinrichtungen, Kliniken und der Industrie soll sich der zeitliche Versatz zwischen dem Finden neuer Ansatzpunkte in der Forschung und der klinischen Entwicklung deutlich reduzieren. Dazu tauschen sich Spezialisten aus zahlreichen Disziplinen wie Biochemie, Bioingenieurwesen, Biomedizin, Pharmazie, Statistik und Chemie laufend aus. Gerade in der biomedizinischen Forschung ist eine Abgrenzung zwischen den beiden Bereichen kaum möglich. Denn die Arbeit an physiologischen Grundlagen ist genauso entscheidend für den medizinischen Fortschritt wie die Entwicklung eines konkreten Medikaments.
 

In Laboratory Over the Shoulder View of Scientist in Protective Clothes Doing Research on a Personal Computer. Modern Manufactory Producing Semiconductors and Pharmaceutical Items.

Aktuelle Fragen der medizinischen Grundlagenforschung

Die Grundlagenforschung ist ein permanenter Prozess des Erkenntnisgewinns. Dabei steht die Medizinforschung immer wieder vor neuen Herausforderungen. Aktuelle Beispiele sind die Erforschung von Volkskrankheiten wie Diabetes, Krebs- oder Demenz-Erkrankungen. Dazu kommen Allergien und Infektionskrankheiten, die immer mehr Menschen betreffen. Zu den wichtigsten Forschungsfeldern gehören dabei die Systembiologie, die Genomforschung und die Neurowissenschaft.

Ein Beispiel aus dem Bereich der molekularen Wirkstoffbiochemie: Hier arbeiten Wissenschaftler an der frühen Entwicklung von Wirkstoffen für die Behandlung neurodegenerativer Krankheiten. Im präklinischen Bereich beginnen sie mit der Suche nach Zielproteinen. In der Folge prüfen sie mögliche Wirkstoffe, die den schädlichen Einfluss des auslösenden Enzyms auf den Stoffwechsel verhindern können. Diese unterziehen sie dann weiteren Prüfungen. In-vitro-Testsysteme mit lebenden Zellen spielen eine wichtige Rolle in den Forschungslaboren.
 

Temperierungsanwendungen bei In-vitro-Testsystemen

Dabei hat die Qualität des Probenmaterials einen großen Einfluss auf die Testergebnisse. Wenn es den Wissenschaftlern gelingt, die Zellen über den vollständigen Prozess hinweg schonend zu handhaben, schaffen sie beste Ausgangsbedingungen. Ein weiterer Aspekt: Auch in der Grundlagenforschung ist das effiziente Arbeiten entscheidend für den schnellen Fortschritt. Dafür schöpfen die Labore die technischen Möglichkeiten zur Konservierung und Vermehrung von Zellen aus. Temperierlösungen kommt dabei eine entscheidende Rolle zu. So müssen die oft genutzten kryokonservierten Zellen bei exakten Temperaturen im Wasserbad aufgetaut werden. Nur unter definierten Bedingungen kann sich das Zellmaterial optimal regenerieren. Zu hohe Temperaturen lassen die Zellen sterben, zu niedrige Temperaturen verlangsamen die Stoffwechselprozesse.

Neue Technologien bei der Zellkultur erlauben darüber hinaus die effiziente Vermehrung hochwertiger Proben. Auch die Erprobung optimaler Zellkulturbedingungen für bestimmte Zellen ist ein wichtiger Forschungszweig. Zum Beispiel steigert die Möglichkeit zur Entnahme von Teilmengen aus der Kultur die Produktivität deutlich. Thermoresponsive Microcarrier machen das möglich. Hier steht die Temperierung ebenfalls im Mittelpunkt: Durch die vorübergehende Absenkung der Zellkulturtemperatur von 37 auf 32 °C lösen sich die Zellen von der Wachstumsoberfläche. Die benötigte Menge der Zellen steht dann zur Verwendung bereit. Das an den Bioreaktor angeschlossene Thermostat hebt die Temperatur nach der Entnahme wieder auf das Sollniveau an, sodass sich die verbleibenden Zellen weiter vermehren können.
 

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Standardaufgabe in der Grundlagenforschung: Temperierung

Die Temperierung von Proben, Laborgeräten und Kulturen gehört zu den Routineaufgaben in Laboren der medizinischen Grundlagenforschung. Die genaue Einhaltung des Temperaturbereichs ist dabei eine Kernanforderung. Schließlich wirken die Geräte mit ihrer Temperatur häufig direkt auf Zellmaterial ein.

Eine hohe Temperaturkonstanz der Wasserbäder schließt unerwünschte Temperaturschwankungen aus. Dazu können Geräte für anspruchsvolle Anwendungen gegenkühlen. Intuitiv gestaltete Einstellmöglichkeiten gewährleisten die komfortable und sichere Bedienung. Zubehörprodukte wie Testglaseinsätze oder Stellböden tragen ebenso dazu bei.

Je nach Anwendung können Thermostate in verschiedenen Bauformen zum Einsatz kommen. Dazu zählen Einhängethermostate und Badthermostate, aber auch Umwälzthermostate, die sich für die Temperierung externer Anwendungen eignen. Labore in der Grundlagenforschung stellen außerdem oft erhöhte Anforderungen an die universelle Einsetzbarkeit ihrer Geräte. Mit einem breiten Arbeitstemperaturbereich und in verschiedenen Bauformen erhältlich, bieten die Geräte von JULABO die notwendige Flexibilität. Das Zubehörprogramm erlaubt die Anpassung an die kundenspezifischen Anwendungen.