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FOR 548:  Polysialinsäure: Evaluation eines neuen Werkstoffs als Gerüstsubstanz für die Herstellung artifizieller Gewebe

Fachliche Zuordnung Chemie
Medizin
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Förderung Förderung von 2004 bis 2010
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5471076
 
Erstellungsjahr 2014

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel der Forschergruppe (FOR) 548 war die Evaluation der PolySialinsäure als neues Basismaterial im Bereich der rekonstruktiven Medizin. Da die Bedeutung der PolySia für die Nervenregeneration sehr gut studiert ist, wurde die Nervenregeneration als Modelsystem genutzt. Im Gegensatz zur Kenntnis der Biochemie der PolySia war zu Beginn dieses Projekts das chemische Verhalten des Polymers in vitro und damit verbunden seine Eignung für die Herstellung von medizinisch anwendbaren Materialien kaum untersucht. Die erste Förderphase wurde entsprechend auf die Erforschung der chemischen Eigenschaften konzentriert um eine Basis für die rationale Modulation der PolySia-Eigenschaften unter Erhalt der Bioverträglichkeit zu erarbeiten. Diese Arbeiten verlangten eine hochinterdisziplinäre Zusammenarbeit, die – wie die Vielzahl interdisziplinärer Publikationen zeigt – von den beteiligten Wissenschaftlern als Chance verstanden wurde. Es darf gesagt werden, dass in der ersten Projektphase Pionierarbeit geleistet wurde. Leider hat diese Arbeit im Sinne der FOR548 nicht ausschließlich „positive Eigenschaften“ der PolySia sichtbar gemacht. Im Gegenteil die ungewöhnliche Fähigkeit des Moleküls zur Wasserbindung und die hohe Heterogenität in der Kettenlängenverteilung bedeuteten für einige Projekte enorme Herausforderungen. Für die FOR in toto war das erworbene Detailwissen jedoch von höchstem Wert und hat die gezielte Fortentwicklung in anderen Projekten erst möglich gemacht. Summarisch können die bedeutendsten Ergebnisse beider Förderphasen der FOR548 wie folgt zusammengefasst werden: Die Reinigung der PolySia aus bakterieller Quelle wurde optimiert und ist heute in hohen Grammmengen und mit höchster Reinheit möglich. Protokolle zur Größenselektionierung der PolySia- Ketten sind aufgebaut. Die Herstellung dieser bedeutenden „Rohstoffe“ bedeutet für das Institut für Technische Chemie ein Alleinstellungsmerkmal und ist die Grundlage für neue Kooperationen mit Gruppen außerhalb der FOR548 (z.B. Institute of Reconstructive Neurobiology, Bonn). Einen Quantensprung für die in vitro Synthese der PolySia und ihrer Derivate, ist das Design einer bakteriellen Polysialyltransferase, die die Herstellung von PolySia-Ketten mit fast idealer Längenverteilung (Poisson Verteilung) allein über die Kontrolle des Verhältnises Akzeptor:Donorzucker erlaubt (http://www.nature.com/scibx/journal/v7/n19/full/scibx.2014.569.html). In polymeranalogen Reaktionen wurden PolySia-Derivate hergestellt, die erstmals den Aufbau von induziert degradierbaren PolySia-Hydrogelen ermöglichten. Die Testung dieser Materialien im Rattenmodel zeigte deutliche wachstumsfördernde Effekte. Protokolle zur Anbindung der PolySia an Nanopartikel wurden etabliert und Collagenröhrchen gefüllt mit diesen Partikeln zeigten im Tiermodell beste Bioverträglichkeit. Die Langzeiterprobung dieser Prototypen neuer Nervenleitschienen im Tiermodel gehört zu den laufenden Arbeiten. Bioreaktoren und Zellkultursysteme die eine hierarchische Testung hergestellter Materialien erlaubten sind aufgebaut und stehen interessierten Wissenschaftlern/innen auch außerhalb der FOR548 zur Verfügung. Abgestuft aktive PolySia-spezifische Degradasen wurden hergestellt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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