Untersuchung der Wirkungsmechanismen der Feinstaubbelastung auf das zerebrale Gefäßsystem

Beschreibung: Die Exposition gegenüber Umweltbedingungen wird mit vielen gesundheitlichen Auswirkungen in Verbindung gebracht, wobei es vermehrt Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen der Häufigkeit von Schlaganfällen und Luftverschmutzung gibt. Schlaganfälle sind die zweithäufigste Todesursache in der erwachsenen Bevölkerung und die Hauptursache für langfristige Behinderungen. Luftverschmutzung wirkt sich direkt auf die Gesundheit der menschlichen Lunge aus und kann zu chronischen Entzündungen führen, deren Auswirkungen oft unbemerkt bleiben.

Im Rahmen des AirPollBrainVasc-Projekts wollen wir besser verstehen, wie luftgetragene Stressoren das zerebrovaskuläre System beeinträchtigen und in der Folge zu einer Zunahme der Schlaganfall-Häufigkeit als auch der Schwere der Schlaganfälle führen kann. Zu diesem Zweck werden Proben von luftgetragenen Partikeln mit Hilfe von Monokulturexperimenten mit Komponenten der neurovaskulären Einheit (NVU) und Immunzellen analysiert und toxikokinetische Berechnungen durchgeführt, um die realistischen Konzentrationen der luftgetragenen Stressoren für die in vitro-Modelle zu bestimmen.

Ergebnisse: Ziel des Projekts ist es, ein in vitro-Modellsystem zu schaffen, das dem in vivo-Phänotyp von Zellen entspricht, die die Blut-Hirn-Schranke und die neurovaskuläre Einheit bilden. Darüber hinaus sollen die molekularen Mechanismen und Signalwege untersucht werden, durch die luftgetragene Stressoren die zerebrovaskuläre Integrität und Zell-Zell-Kommunikation beeinflussen. Schließlich werden die gesammelten Luftpartikel zur Verknüpfung von Modellsystemen und pathophysiologischen Signaturen verwendet.

Förderung: Intramurale Forschungsförderung, 01/2024–12/2025

Partner: Lehrstuhl für Physiologie - Universität Augsburg, Klinik für Neurologie und klinische Neuro­physiologie - Universitätsklinikum Augsburg, Centre for Healthy Indoor Environments -  Universität Lund

Ansprechpartner:Dr. Katrin Gohlsch

Airborne and Satellite Investigation of Asian Air Quality

Beschreibung: Die ASIA-AQ-Kampagne zielt darauf ab, das Verständnis der Faktoren zu verbessern, die die lokale Luftqualität in Asien steuern, sowie andere gemeinsame Herausforderungen bei der Satellitenbeobachtung und der numerischen Modellierung. In Zusammenarbeit mit lokalen und internationalen Partnern werden im Rahmen der Kampagne an fünf Standorten luftgestützte Probenahmen durchgeführt. Die Daten und Analysen der Kampagne werden den lokalen Behörden und Wissenschaftlern offen zugänglich gemacht.

Förderung: NASA

Partner: ASIA-AQ Teilnehmer
Ansprechpartner: Prof. Dr. Christoph Knote

AURAA KIDS: Studie zu Atmosphärischen Umweltfaktoren in der Region Augsburg und ihren Auswirkungen auf die kindliche Entwicklung in der Schwangerschaft

Beschreibung: Ziel der Studie ist es, mögliche Einflüsse von Umweltfaktoren, wie Wetter und Feinstaub, auf die Entwicklung von Kindern während der Schwangerschaft festzustellen. Hierbei werden schwangere Frauen über einen Fragebogen zu ihrer Schwangerschaft, allgemeinen Gesundheit und zu ihrem Freizeitverhalten befragt. Nach der Geburt werden außerdem die Geburtsparameter (z.B. Größe, Gewicht) des Kindes erfasst. Anschließend werden die Umweltfaktoren am Wohnort der Mutter rückwirkend für den Zeitraum der Schwangerschaft im Zusammenhang mit den Geburtsparametern und den Faktoren aus Alltag und Gesundheit der Mutter analysiert. So möchten wir verstehen, wie Umwelt und Schwangerschaft zusammenhängen.

Ansprechpartner:

Dr. Katrin Gohlsch, Luise Heinrich

Link zur Hauptseite:  AURAA KIDS

Von Silos, Seen und Wäldern – Datengetriebene Gesundheitsforschung mit Umweltdaten

Beschreibung: Viele gesundheitsschädliche Auswirkungen werden mit Umwelteinflüssen wie der Luftverschmutzung in Verbindung gebracht, die weltweit ein großes Risiko für die menschliche Gesundheit darstellt. Aufgrund mangelnder Belege aus empirischen Studien, unerforschter Wechselwirkungen zwischen mehreren Faktoren oder nicht erkannter kausaler Zusammenhänge sind die Auswirkungen der Umweltexposition auf die menschliche Gesundheit nicht vollständig bekannt.   

Das EnviroData-Projekt wird eine explorative Datenanalyse nutzen, um die Beziehung zwischen Krankenhauseinweisungen am Universitätsklinikum Augsburg und verschiedenen Umwelt- und sozioökonomischen Faktoren, denen die Patienten ausgesetzt waren, zu untersuchen. 

Ergebnisse: Ziel des Projekts ist die Schaffung eines Datensilos für Umweltexpositionen unter Verwendung von Daten mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung aus einer Vielzahl von Quellen. Dies wird mit Hilfe eines Open-Source-Geokodierungsdienstes umgesetzt, der die Datenschutzrichtlinien einhält. Außerdem wird ein synthetischer Datensatz für Krankenhauseinweisungen erstellt, der für Lehrzwecke verwendet werden kann. 

Förderung: Intramurale Forschungsförderung, 09/2023–08/2025

Partner: Lehrstuhl für Datenmanagement und Clinical Decision Support - Universität Augsburg, Institute for Digital Medicine (IDM) - Universitätsklinikum Augsburg

Ansprechpartner: Dr. Bin Zhou, Surendra Ranpal

Auswertung von mikroskaligen Modellen über Heidelberg, Deutschland

Beschreibung: Die Bevölkerung in städtischen Gebieten hat weltweit weiter zugenommen. Die Fähigkeit, die dynamischen und chemischen atmosphärischen Bedingungen in städtischen Gebieten genau zu simulieren, ist für die Untersuchung der gesundheitlichen Auswirkungen der Umweltbedingungen in städtischen Gebieten von wesentlicher Bedeutung. Die Simulation städtischer Umgebungen ist aufgrund von Gebäuden, Vegetation, mesoskaliger Meteorologie und lokalen Emittenten sehr komplex. Numerische Modelle verwenden unterschiedliche Ansätze zur Simulation der städtischen Umwelt und haben unterschiedliche Anforderungen. 

Über der Stadt Heidelberg haben wir ein Eulersches (PALM) und ein Lagrangesches (GRAL) Modell verglichen. Die Modelle werden mit Beobachtungsdaten und numerischen Daten initialisiert, um einen vollständigen Vergleich zu ermöglichen.

Ergebnisse: Ein statistischer Vergleich von Windgeschwindigkeit und -richtung zusammen mit den simulierten Winddaten von zwei verschiedenen numerischen Modellen.

Partner: Institut für Umweltphysik - Heidelberg Universität
Ansprechpartner: Prof. Dr. Christoph Knote

Mikroskalige Modellierung der Luftbelastung für Allergiker in Augsburg – vom Exposom zum Reaktom

Beschreibung: Etwa jeder vierte Mensch in Deutschland leidet unter allergischer Rhinitis (Heuschnupfen). Der häufigste Auslöser für diese allergische Reaktion sind Pollen von Bäumen wie der Birke. Selbstmanagement ist eine gängige Behandlungsstrategie unter der jüngeren Bevölkerung in Augsburg, und eine wirksame Strategie zur Bewältigung von Allergien ist die Vermeidung von Exposition. Allergiker müssen jedoch in der Lage sein, Informationen über die aktuellen und zukünftigen Umweltbedingungen zu erhalten.

Das Ziel dieses Projekts ist die Modellierung und Vorhersage der räumlichen und zeitlichen Variabilität von Pollen in Augsburg. Mit Hilfe des Grazer Lagrangeschen Modells (GRAL) kann die Ausbreitung von Pollen aus Quellen wie der Birke in einer städtischen Umgebung simuliert werden. Darüber hinaus wird das Modell mit Hilfe von stationären und mobilen Messgeräten evaluiert. 

Ergebnisse: Eine genaue räumliche und zeitliche Darstellung der Pollenkonzentration in Augsburg, die dazu verwendet werden kann, Allergiker über die aktuellen und zukünftigen Bedingungen in der Stadt zu informieren.

Partner: Lehrstuhl für Umweltmedizin - Universität Augsburg
Ansprechpartner:  Prof. Dr. Christoph Knote

TRANSCAPE: Transportation and Cardiometabolic Health and Air Pollution Evaluation

Beschreibung: Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen zukünftiger städtischer Verkehrslandschaften auf die kardiometabolische Gesundheit zu bewerten. Dies geschieht mittels eines agentenbasierten Ansatzes in Verbindung mit numerischen Luftqualitätsmodellen. Unser Schwerpunkt liegt dabei auf wenig untersuchten Umweltfaktoren wie ultrafeinen Partikeln, Ruß und Metallverbindungen im Feinstaub. Diese gesundheitsrelevanten Faktoren werden dann mit klinischen und subklinischen Markern kardiovaskulärer Erkrankungen sowie mit prävalenten und inzidentellen Daten kardiometabolischer und zerebrovaskulärer Ereignisse in Verbindung gebracht. Die klinischen Daten werden von der bestehenden und gut untersuchten bevölkerungsbasierten Kohorte KORA (Kooperative Gesundheitsforschung in der Region Augsburg) zur Verfügung gestellt. KORA wird in der Region Augsburg, Deutschland, durchgeführt, die unser anfängliches Studiengebiet sein wird. Später werden wir unsere Ergebnisse auf den Großraum München hochskalieren und auch nationale Gesamtwerte für Deutschland ableiten.

Förderung:

Health Effects Institute, Bosten USA

Partner: Institute of Epidemiology, Helmholtz-Zentrum München, Travel behavior, TUM München, Institut für Medizinische Informationsverarbeitung Biometrie und Epidemiologie (IBE), LMU München, Institut für Physik der Atmosphäre, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Oberpfaffenhofen

Ansprechpartner: 

Entwicklung einer App zur persönlichen Expositionsüberwachung und eines Messgeräts.

Beschreibung: Die persönliche Exposition gegenüber Umweltfaktoren ist von Mensch zu Mensch sehr unterschiedlich. Wie genau sich die individuelle Exposition verändert, hängt jedoch von mehreren Faktoren ab und ist nicht gut verstanden. Um Einblicke zu gewinnen und unsere eigenen Modelle zu validieren, entwickeln wir eine Smartphone-Anwendung und ein kleines Gerät zur Aufzeichnung der Umweltbedingungen.

Ergebnisse:

• Persönlicher Expositionsmonitor (PEM): Kleine tragbare Gehäuse mit Mikrofon, Licht-, Feinstaub- und Umweltsensor (Temperatur und Luftfeuchtigkeit) mit Bluetooth-Verbindung.
• App: Android- und iOS-Smartphone-App, die mit dem PEM verbunden ist und Daten an den Server überträgt.
• Web-Client: Eine einfache Möglichkeit für die Teilnehmer, ihre eigenen Daten einzusehen. 

Förderung: Basisförderung

Ansprechpartner: Prof. Dr. Christoph Knote, Robin Kara

MBEES Agent-based modelling system

Beschreibung: MAMS ist ein agentenbasiertes Modell, das für die Expositionsabschätzung in einem umweltmedizinischen Kontext entwickelt wurde. Das System ist auf verteilte Weise implementiert, um eine Skalierung auf einem HPC zu ermöglichen, und verwendet ein standardisiertes Nachrichtenprotokoll für die Kommunikation zwischen den unabhängigen Teilen. Die Umweltbedingungen werden aus WRF-Chem-Simulationen gewonnen, die operativ durchgeführt werden, und das Routing der Agenten erfolgt über eine Open-Source-Routing-Engine. Die Demografie und Mobilität der simulierten Bevölkerung basiert auf Volkszählungs- bzw. Netzmobilitätsdaten.

Ergebnisse: Ein agentenbasiertes Modellierungssystem, das reale Umweltbedingungen und Mobilitätsmuster integriert, um die individuelle Exposition der Einwohner von Augsburg zu simulieren.

Ansprechpartner: Prof. Dr. Christoph Knote

Smart Air Quality Network

Beschreibung: Ziel des SmartAQnet-Projekts war es, ein intelligentes, reproduzierbares Messnetz in der Region Augsburg zu entwickeln. In Augsburg wurde eine Kombination aus kostengünstigen und mittelpreisigen Luftqualitätssensoren zur Erfassung von Aerosol-, Spurengas- und meteorologischen Daten eingesetzt. Dieses Netzwerk ist eine wertvolle Datenquelle für die Auswertung von Mikroskalenmodellen. Wir bieten kontinuierliche Unterstützung bei der Pflege des Netzwerks und der Datenanalyse. Die Daten sind frei verfügbar und können von der Allgemeinheit eingesehen werden.

Partner: TECO - Karlsruhe Institut für Technologie, Institute of Epidemiology - Helmholtz-Zentrum München, Institut für Geographie - Universität Augsburg, KIT-Campus Alpin / IMK-IFU, Professur für regionalen Klimawandel und Gesundheit - Universität Augsburg, Umweltamt Stadt Augsburg

Ansprechpartner: Prof. Dr. Christoph Knote

Einflüsse von Wetterlagen auf Schlaganfallereignisse – Anwendung von Prognosemodellen auf das kurzfristige Auftreten von Schlaganfällen in einer prospektiven Kohort

Beschreibung: Es ist allgemein bekannt, dass Umweltfaktoren die menschliche Gesundheit beeinflussen. Schlaganfälle sind eine wichtige Gesundheitsfolge und eine der Hauptursachen für Todesfälle und langfristige Behinderungen. Obwohl die Pathophysiologie noch nicht eindeutig geklärt ist, spielen die Wetterbedingungen eine Rolle für die Häufigkeit von Schlaganfällen, für Schlaganfall-Untergruppen (ischämisch vs. hämorrhagisch, makroangiopathisch vs. kardiogen-embolisch usw.) und für die Schwere des Schlaganfalls. 

Das StrokeMod-Projekt zielt darauf ab, die Ergebnisse einer früheren Studie zu validieren, in der der Einfluss von Großwetterlagen auf die Schlaganfallhäufigkeit untersucht wurde. Dazu wird die prospektive Kohorte von Schlaganfallpatienten aus der Klinik für Neurologie und Klinische Neurophysiologie des Universitätsklinikums Augsburg (UKA) herangezogen. Detaillierte Patienteninformationen wie Schlaganfall-Untergruppen, Schlaganfall-Schweregrad und andere Risikofaktoren werden ebenfalls erfasst. 

Ergebnisse: Auf der Grundlage der bestehenden Zusammenhänge zwischen Schlaganfallhäufigkeit und Wetterbedingungen werden wir ein statistisches Prognosemodell entwickeln, um die Schlaganfallhäufigkeit für 3-5 Tage im Voraus vorherzusagen. Dies wird das UKA bei der Verwaltung der Ressourcen unterstützen.

Förderung: Intramurale Forschungsförderung, 01/2024–12/2025

Partner: Klinik für Neurologie und klinische Neuro­physiologie - Universitätsklinikum Augsburg

Ansprechpartner: Prof. Dr. Christoph Knote, Dr. Jiancong Wang