Evaluierung von Sicherheit und Biokompatibilitätspotential von Bakterienhydrogelen

• Antragstellerin: Dr. Sara Trujillo Munoz, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520576220

Lebende tragbare Geräte haben großes Potenzial in biomedizinischen Anwendungen. Sie bestehen aus einer materiellen Komponente und einer lebenden Komponente. Die lebende Komponente ist gewöhnlich ein Mikroorganismus, der genetisch verändert werden kann, um als Sensor für verschiedene Reize zu fungieren. Das Material ist meistens ein Hydrogel, das die Einkapselung der lebenden Komponente und die Diffusion von Nährstoffen und Abfällen ermöglicht. Die Herausforderung bei der Verwendung lebender Materialien an Patienten ergibt sich aus deren Interaktion mit den Patientenzellen. Das Vorhandensein einer gentechnisch veränderten lebenden Komponente im Material wirft Sicherheitsfragen auf, da diese Organismen lebens- und funktionsfähig sind, und sich außerdem vermehren können. Diese Mikroorganismen haben die Fähigkeit, mit der natürlichen Flora des Patienten zu interagieren. Tochterzellen der lebenden Komponente können unerwünschte Mutationen erwerben. Da die lebende Komponente funktionsfähig ist, kann sie außerdem womöglich schädliche Nebenprodukte ihres eigenen Stoffwechsels absondern. Andererseits sind die Zellen des Patienten darauf vorbereitet externe Partikel, die als fremd angesehen werden (Krankheitserreger), zu erkennen und darauf zu reagieren. Daher müssen die Biokompatibilität der lebenden Materialien und die Immunantwort, die sie auslösen können, berücksichtigt werden, solange das lebende Material funktionsfähig und mit dem Patienten in Kontakt ist. Dieses Projekt zielt darauf ab, Bedenken hinsichtlich der Sicherheit und Biokompatibilität dieser lebenden Materialien systematisch anzugehen und spezifische In-vitro-Assays zu generieren, um vorherzusagen mit welcher Wahrscheinlichkeit diese Geräte unerwünschte Nebenwirkungen bei Patienten verursachen könnten. Das Projekt ist in 4 Ziele unterteilt. Das erste strebt an festzustellen, ob das lebende Material eines der wichtigsten pathogenassoziierten Moleküle absondert, die wiederum eine Immunantwort auslösen könnten. Das zweite Ziel beabsichtigt die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, ob ein gentechnisch verändertes Bakterium des lebenden Materials unerwünscht genetische Informationen auf ein bereits ansässiges Bakterium des Patienten übertragen könnte. Das dritte Ziel bezweckt die Biokompatibilität des lebenden Materials mit Säugetierzellen zu bestimmen, und das vierte Ziel beabsichtigt, die Toxizität des lebenden Materials in einer komplexen Umgebung wie der Hühner-Chorioallantoismembran, ein äußeres Epithelgewebe des Hühnerembryos, zu bewerten. Zukünftige Arbeiten werden die Validierung dieser Sicherheits- und Biokompatibilitätsbedenken in komplexeren Szenarien mit geeigneten In-vivo-Modellen umfassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen