K-Regio MitoCom Tyrol (de)

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K-Regio MitoCom Tyrol (de)

K-Regio project 2011-2014: O2k-Fluorometer


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Mitochondriale Kompetenz: Der Oroboros O2k ist fĂŒr Messungen der Zellatmung weltweit fĂŒhrend. Die Entwicklung des O2k-Fluorometers setzt Kooperationen zwischen Medizinischer UniversitĂ€t Innsbruck, Oroboros Instruments und WGT-Elektronik fort und erweitert unsere internationale Stellung in der mitochondrialen Physiologie.


K-Regio Projekt MitoCom Tyrol

Antragsteller: Medizinische UniversitÀt Innsbruck, A.Univ.-Prof. Dr. Erich Gnaiger

Antrag: 2011-04-15; Bewilligung: 2011-07-13 (Gesamtbudget € 1.05 Mill)

Projektdauer: 2011-05-01 bis 2014-07-31

Der von Oroboros Instruments (Innsbruck) entwickelte Oroboros O2k ist weltweit das fĂŒhrende GerĂ€t zur Messung der Zellatmung. Das Ziel des Projektes war die Entwicklung, Anwendung und Evaluierung eines neuen hochauflösenden MessgerĂ€tes, des O2k-Fluorometers, welches auf dem von uns entwickelten O2k aufbaut: Diese Weiterentwicklung basiert auf der langjĂ€hrigen Erfahrung der Arbeitsgruppe von A.Univ.-Prof. E. Gnaiger am D. Swarovski Forschungslabor der Medizinischen UniversitĂ€t Innsbruck auf dem Gebiet der mitochondrialen Physiologie, in deren methodischem Mittelpunkt die Anwendung des gemeinsam mit WGT Elektronik (Kolsass) entwickelten und produzierten O2k steht. E. Gnaiger ist auch GrĂŒnder und Direktor des spin-off Unternehmens Oroboros Instruments GmbH.

Das K-Regio Projekt MitoCom Tyrol fördert die Entwicklung einer neuen, erweiterten Generation des O2k in einem Forschungsverbund zwischen der Medizinischen UniversitÀt Innsbruck, der Leopold-Franzens-UniversitÀt Innsbruck und den beiden Tiroler KMUs Oroboros Instruments und WGT-Elektronik.

Der O2k dient als Basis der High-Resolution Respirometrie (HHR) und ist das weltweit technologisch fĂŒhrende GerĂ€t im Bereich der Diagnostik mitochondrialer Atmungsfunktionen. Die geplante Kombination des O2k mit optischen Messverfahren (Fluorimetrie, Spektrophotometrie) eröffnet die Möglichkeit der Analyse verschiedener, diagnostisch wichtiger zellulĂ€rer Funktionen gleichzeitig mit der Messung der Mitochondrienatmung. Besonders durch die mit HRR kombinierte fluorimetrische Bestimmung der Bildung von reaktivem Sauerstoff (ROS; oxidativer Stress) und des mitochondrialen Membranpotentials mithilfe etablierter fluoreszierender Farbstoffe wird unser internationaler Technologievorsprung ausgebaut. Durch diese Innovation wird ein durch den O2k eröffneter Markt (weltweit 35 LĂ€nder) nachhaltig erweitert und der fĂŒr den Export entscheidende technologische ‚sole source‘ Status systematisch abgesichert.


Licht in die Kraftwerke der Zellen – Das O2k-Fluorometer

Die Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zellen und fĂŒr die Zellatmung verantwortlich. Die Prozesse der Zellatmung sind biochemisch komplex. Es werden NĂ€hrstoffe – besonders Kohlenhydrate und FetttsĂ€uren – zur Energiegewinnung und Aufrechterhaltung der LebensvorgĂ€nge verbrannt und chemische Energie wird in Form von ATP (Adenosintriphosphat) gespeichert. Gemessen wird durch die High-Resolution Respirometrie (HHR) mit dem O2k jedoch ein relativ einfaches Signal, nĂ€mlich „Sauerstoff-Verbrauch“. Die EinfĂŒhrung der zusĂ€tzlichen optischen Methode der Fluorometrie in den O2k wird sprichwörtlich ein neues Licht auf die Kraftwerke der Zellen werfen. Die Kombination des O2k mit optischen Messverfahren (Fluorometrie, Spektrophotometrie) eröffnet die Möglichkeit, die Messung der Mitochondrienatmung mit der gleichzeitigen Analyse verschiedener, diagnostisch wichtiger zellulĂ€rer Funktionen zu verbinden. Fluoreszierende Farbstoffe stehen experimentell zur VerfĂŒgung, um mit der Fluorometrie etwa die Bildung von reaktivem Sauerstoff (ROS; oxidativer Stress), die ATP-Produktion, die Kalzium Konzentration und das mitochondriale Membranpotential zu messen.

MitoCom – mitochondriale Kompetenz – hebt die besondere Bedeutung der mitochondrialen Funktion fĂŒr Diagnose und Therapie besonders von vermeidbaren degenerativen Krankheiten wie Diabetes 2, Alzheimer und manche Krebsarten hervor. Mitochondriale Funktion ist entscheidend fĂŒr jeden alltĂ€glichen Schritt und wird besonders mit zunehmendem Alter von gesunder sportlicher BetĂ€tigung und ErnĂ€hrung geprĂ€gt. Bewegung stimuliert nicht nur die Lungenatmung sondern auch die innere Atmung oder Zellatmung, also den Sauerstoffverbrauch durch die Mitochondrien. Im Fokus von MitoCom steht die technische Entwicklung und Anwendung der hochauflösenden Messung der Zellatmung. Als messtechnische Innovation wurde die hochauflösende Respirometrie mit der fluorometrischen Analyse von reaktivem Sauerstoff kombiniert. Dieses optische Verfahren bringt Licht in die Kraftwerke der Zellen, durchleuchtet mit höchster PrĂ€zision Funktionen und ZustĂ€nde unserer Zellen, die bisher nur isoliert von deren Atmungsfunktion untersucht werden konnten. Die Diagnose mitochondrialer Funktionen stellt eine moderne Herausforderung an die biomedizinische Forschung und Entwicklung dar. Die bekannten freien Radikalen sind Ursachen fĂŒr altersbedingte Krankheiten, welche unseren Bewegungsapparat aber auch die GedĂ€chtnisleistung einschrĂ€nken, können auch zu Krebs fĂŒhren und sind in geringer Konzentration dennoch fĂŒr eine Vielzahl physiologischer Funktionen lebenswichtig. Der Einsatz von Antioxidantien stellt deshalb eine schwierige und widersprĂŒchliche Thematik in der Vorsorgemedizin dar. Neue Einsichten und optimierte TherapieansĂ€tze können aus der Erforschung der ZusammenhĂ€nge zwischen mitochondrialem Sauerstoffumsatz, mitochondrialen SchĂ€den und Sauerstoffradikalproduktion gewonnen werden. Dabei soll die neue Methode der O2k-Fluorometrie einen wesentlichen Beitrag leisten: Als erstes MessgerĂ€t weltweit ermöglicht das Fluoreszenzmodul (eine Vorstufe des O2k-Fluorometers) in Kombination mit dem O2k eine Analyse der wichtigsten Zellparameter in einem Experiment unter den gleichen Bedingungen. Bereits wĂ€hrend der dreijĂ€hrigen Laufzeit des MitoCom Projekts konnte das O2k-Fluoreszenzmodul erfolgreich eingefĂŒhrt und an ĂŒber 100 international fĂŒhrende Labors verkauft werden. Das verspricht neue Einsichten in die Kraftwerke der Zellen und könnte der mitochondrialen Forschung zu einem breiten Durchbruch verhelfen.


Funktionelle mitochondrial Diagnostik

Die Diagnose mitochondrialer Funktionen und mitochondrialer SchĂ€den stellt eine aktuelle Herausforderung an die biomedizinische Forschung und Entwicklung dar. Das K-Regio Projekt MitoCom etabliert ein interuniversitĂ€res ‚Centre of Excellence in Clinical Mitochondrial Physiology and Comprehensive Exercise Testing’ und fördert translationale Forschung in enger Zusammenarbeit mit Tiroler Firmen und anderen Netzwerken (z.B. Oncotyrol). Wissenschaftliche Kompetenz - Mitochondrial competence - im Bereich der mitochondrialen Diagnostik wird eine zunehmende Bedeutung in PrĂ€ventivmedizin und Therapie spielen, wobei körperliche AktivitĂ€t und ausgeglichene Nahrungsbalance als die effektivsten Massnahmen zur Verhinderung zahlreicher alternsbedingter Gesundheitsrisiken und degenerativer Krankheiten gelten. MitoCom Tyrol soll langfristig einen Zugang zur besseren Diagnose, Vorsorge und Therapie von Patienten in unserer modernen und beschleunigt alternden Gesellschaft bieten.


Mitochondrial Competence Tyrol: Healthcare and Sport

Im Rahmen des K-Regio Projekts MitoCom Tyrol wird die Etablierung eines Kompetenzzentrums fĂŒr Klinische Mitochondriale Physiologie und Leistungsdiagnostik vorbereitet. In dem Projekt MitoCom Tyrol arbeiten drei Institute der Medizinischen UniversitĂ€t Innsbruck mit einem Institut der StammuniversitĂ€t Innsbruck und zwei Innsbrucker Kleinbetrieben ĂŒber einen Zeitraum von drei Jahren eng zusammen. FĂŒr die Forschungsinstitutionen bedeutet dies wirtschaftsnahe Kooperationsforschung. Das Zentrum dient als Grundlage fĂŒr den Aufbau eines international anerkannten Diagnostik-, PrĂ€ventions- und Therapiezentrums fĂŒr Erkrankungen des mitochondrialen Energiestoffwechsels, das auch nach Ablauf der Förderung dauerhaft fortbestehen soll - siehe K-Regio MitoFit.

MitoCom Tyrol will biomedizinische Wissenschaft und Forschung öffentlichkeitswirksam nahebringen als Marke fĂŒr nachhaltige LebensqualitĂ€t: Tirol – ein Herz fĂŒr Sport.

StĂ€rkung und VerknĂŒpfung bestehender Forschungsschwerpunkte der MUI:

MitoCom Tyrol vernetzt die vorhandenen medizinischen Schwerpunkte der MUI, da die mitochondrialen Störungen eine Vielzahl von Organen und Geweben von Skelettmuskeln, dem kardiovaskulĂ€ren System, Leber und Niere ĂŒber endokrine Organe bis zum Nervensystem betreffen und insbesondere fĂŒr die Krebsentstehung und degenerative Krankheiten eine entscheidende Rolle spielen. DarĂŒber hinaus verbindet und stĂ€rkt das Zentrum die geplanten Forschungsschwerpunkte Alternsforschung/Geriatrie (Mitochondrienfunktion und altersbedingte Erkrankungen) und Sportmedizin (Leistungsdiagnostik ĂŒber Mitochondrienfunktion und -qualitĂ€t). Die universitĂ€re Foschung mit integrativem Bezug zu mitochondriellen Funktionen und Dysfunktionen soll zu den drei bestehenden Forschungsschwerpunkten an der MUI (Oncoscience, Neurowissenschaften, Infektiologie und ImmunitĂ€t) intensiviert und ausgebaut werden. Das Know-How und die fĂŒr mitochondrielle Diagnostik und Sportmedizin geschaffenen Strukturen können unmittelbar in direkte Kooperationen mit den medizinischen und Forschungsschwerpunkten ĂŒbertragen werden. Die Sportmedizin mit Bezug zur aeroben, mitochondrial unterstĂŒtzten Stoffwechelleistung profitiert in Forschung und Lehre durch eine Optimierung der Betreuung, Grundlagenforschung und postpromotionellen Ausbildung.

FĂŒr die personalisierte Diagnostik und PrĂ€vention von mitochondrialen Stoffwechseldefekten ist eine multidisziplinĂ€re Zusammenarbeit erforderlich, bei der die beteiligten Partner ihre Expertise in der DurchfĂŒhrung von Belastungstests, hochauflösender Respirometrie, Muskelenergetik (MRI) bis hin zu genetischem Fingerprinting (mitochondrielle Haplotypisierung) einbringen.

Die an der MUI und LFU bestehenden Strukturen begĂŒnstigen die translationale Forschung zum Aufbau einer Technologieplattform fĂŒr ‚Mitochondrial Comprehensive Exercise Testing‘ mit innovativer apparativer Ausstattung auf höchstem Niveau, welche durch die Beteiligung von Firmen entscheidend vorangetrieben wird und zur kommeriziellen Nutzung von Forschungsergebnissen beitrĂ€gt.

Ziel: Aufbau eines „Centre of Excellence" fĂŒr Klinische Mitochondriale Physiologie und Leistungsdiagnostik:

o Leistungssport (AbklĂ€rung Leistungsabfall, Trainingsoptimierung,..) o Gesundenuntersuchung (“Lifestyle-Analysen”, kardiologische Parameter, ErnĂ€hrung) o Klinische Diagnostik (altersbedingte Erkrankungen, Krebserkrankungen, seltene Erkrankungen....) o Screening fĂŒr pharmakologische Interventionen

Die MUI ist im Rahmen des MitoCom Netzwerkes aktuell an einem im JĂ€nner 2011 eingereichten „European Initial Training Network on MITochondrial Physiology and AGE-related Diseases“ (EURMITAGE FP7-PEOPLE-2011-ITN) beteiligt.


Feedback, Vernetzung und Kommunikation

Die personelle Expertise und Wertschöpfung werden durch die in Kooperation mit WGT vereinten Bereiche von Forschung, Entwicklung, Produktion, Anwendung und internationalem Vertrieb und Service im Team gebĂŒndelt. Der Verkauf und Kundenkontakt findet direkt aus unserem Betrieb statt (nur in China und Japan operieren wir mit Vertriebspartnern). 2010 und 2011: ĂŒber 95% Export; 1.6 Mill € Jahresumsatz von Oroboros Instruments; 60 GerĂ€te pro Jahr). Gewinne fließen in Forschung und Entwicklung zurĂŒck, wobei kontinuierliche Innovation und KundennĂ€he die wirksamsten Schutzstrategien gegenĂŒber eventuell durch Konkurrenzunternehmen getĂ€tigten Kopierversuchen darstellen.

Die Management-Initiativen stehen im Zeichen der Synergie und Vernetzung von Forschung und Entwicklung:

  • Vernetzung zwischen akademischen Partnern der beiden Innsbrucker UniversitĂ€ten, der Firma Oroboros Instruments GmbH und WGT-Elektronik GmbH & CoKG – formalisiert in einem K-Regio Konsortialvertrag; transparentes und interkommunikatives Reporting auf der wiki-Website: Talk:MitoCom O2k-Fluorometer.
  • Vernetzung interdisziplinĂ€rer Forschung: ĂŒber 2151 O2k-Publikationen: O2k-Publications.
  • Oroboros Instruments stellt mit seinem Forschungslabor eine Core-Facility zur mitochondrialen Diagnostik fĂŒr die beiden UniversitĂ€ten Innsbruck wie auch fĂŒr internationale Kooperationen zur VerfĂŒgung.
  • Internationale Vernetzung in der Forschung: Mitochondrial Physiology Society Conferences: Erich Gnaiger ist MitbegrĂŒnder der internationalen ‚Mitochondrial Physiology Society‘ und seit 2003 Chairman; Organisation von MiP-Conferences und MiP-Workshops (MiP2010).
  • Internationale Vernetzung in der Lehre: ĂŒber 120 O2k-Workshops und zehn MiPsummer Schools (MiPschools).
  • Internationales Kundennetzwerk: O2k-WorldWide mit mehr als 570 Oroboros O2k-Network (O2k-Network) von mehr als 600 Kunden in 49 LĂ€ndern.

Stand: Mai. 2017


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