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01.03.2013

Projekt "NanoScreen" zu Hochdurchsatzbewertung von Nanoteilchen gestartet


Mit rund 230.000 Euro fördert die Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation innerhalb der nächsten zwei Jahre das Forschungsprojekt "NanoScreen" am Mainz Screening Center (MSC). Das gemeinsame Vorhaben der Universitätsmedizin und des Instituts für Informatik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz versucht mittels des Verfahrens der Hochdurchsatz-Testung nicht nur das biomedizinische, sondern auch das Gefährdungs-Potenzial von Nanomaterialien besser einzuschätzen. Der Einsatz von neuen Mikroskopietechniken in Verbindung mit speziellen Roboter-Systemen macht es möglich, viele dieser innovativen Materialien automatisch und standardisiert zu testen.

In vielen Produkten unseres täglichen Lebens finden sich Nanopartikel, beispielsweise in Sonnenschutzmittel. Die Nanotechnologie gilt als Wachstumsmarkt der Zukunft. Das Potenzial scheint enorm - wirksamere Medikamente mit weniger Nebenwirkungen, schnellere Diagnose von Krankheiten. Nicht nur die Industrie, sondern auch die biomedizinische Forschung steht bereits ungeduldig in den Startlöchern. Doch die "Winzlinge" stehen auch im Zentrum der Kritik. Nicht nur Verbraucherschützer und Bundesinstitute, sondern auch regulatorische Behörden stehen der Materie durchaus kritisch gegenüber. Der Grund liegt im Besonderen der Nanotechnologie: Nanopartikel sind etwa so groß wie typische Biomoleküle und können deshalb - ähnlich wie Eiweißstoffe - von Zellen aufgenommen werden und somit Auswirkungen auf Mensch und Umwelt haben.

Was hat nun der Patient von zukünftigen nanobiomedizinischen Behandlungen zu erwarten?

"Chancen nutzen und Risiken vermeiden", dieser Aussage der Bundesregierung schließt sich auch Prof. Dr. Roland Stauber, Initiator und Leiter des MSC, vorbehaltlos an. "Ziel von ,NanoScreen" ist es, eine Technologieplattform aufzubauen, die es erlaubt, Auswirkungen von Nanomaterialien an Zellkulturmodellen menschlicher Hauptexpositionspfade wie der Lunge, des Blutsystems, des Magen-Darm-Trakts sowie der Haut unvoreingenommen, schnell und systematisch zu überprüfen", so Prof. Stauber. "Um die Entwicklung von Produkten in einem frühen Stadium zu unterstützen, fließen diese Ergebnisse dann an Unternehmen und Forscher. Der Bedarf ist ungebrochen hoch."

Die Auswirkungen von Nanomaterialien zu überprüfen ist aufwendig. Roboter des MSCs ermöglichen es jedoch, eine Vielzahl von Nanopartikeln mit ungeheurer Geschwindigkeit zu testen. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind mit Mosaiksteinchen vergleichbar, die zu einem Gesamtbild zusammengefügt werden sollen. Vorangegangene Forschungen haben allerdings gezeigt, dass dies nicht so einfach ist. Denn bei den Nanoteilchen steckt der ,Teufel im Detail": Die mechanischen, optischen, magnetischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften dieser kleinsten Strukturen hängen nämlich nicht allein von der Art des Ausgangsmaterials ab, sondern insbesondere von ihrer Größe und Gestalt. Nanomaterialien mit gleicher Zusammensetzung, aber unterschiedlicher Morphologie können sich deshalb völlig anders verhalten. Aus diesem Grund versagen bei Nanomaterialien viele der Testsysteme, die routinemäßig eingesetzt werden, um die Auswirkungen von Substanzen auf den Gesundheitszustand von Zellen zu untersuchen. Die Mainzer Forscher setzen daher auf mikroskopiebasierte Untersuchungsmethoden. "Bilder sagen bekanntlich mehr als Worte. Das Herzstück des MSC, ein Roboter-Mikroskop, kann sich bis zu 500 Zellen auf einmal anschauen", erklärt Stauber. "Und das mehrfach in bis zu 384 verschiedenen Töpfen."

Die ungeheuren Datenmengen, die dabei entstehen, werden in einem eigenen Server gelagert. Damit kommt die Bioinformatik ins Spiel. "Das ,Ausschlachten" dieser Informationen erfordert die Entwicklung neuer Methoden", kommentieren Prof. Dr. Ernst Althaus und Prof. Dr. Andreas Hildebrandt vom Institut für Informatik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz die Herausforderung. "Wir freuen uns, bei diesem fachübergreifenden Projekt mit im Boot zu sein. Das ermöglicht auch Studierenden ganz neue Erfahrungen", so Prof. Hildebrandt. Für ihr neues Forschungsprojekt können die Forscher auf bereits vorhandene Erkenntnisse zurückgreifen: "Unser ChemBioMed-Forschungsverbund hat bereits technologische Erfahrungen gesammelt. Diese erlauben den schnellen Transfer und die Bearbeitung neuer ambitionierter Herausforderungen im Bereich der Nanotechnologie", erklärt Prof. Stauber den "Mehrwert" komplementärer Forschungsprojekte. "Das Potenzial der Nanotechnologie in der modernen Medizin ist enorm. Mit der Etablierung derartiger Plattformtechnologien ist die Universitätsmedizin vorausschauend für die kommenden Innovationen bestens gerüstet", so der Wissenschaftliche Vorstand der Universitätsmedizin Mainz, Univ.-Prof. Dr. Dr. Reinhard Urban.

Ein weiteres Ziel der Testsysteme von "NanoScreen" besteht darin, die Anzahl von Tierversuchen zur Risikobewertung und Wirksamkeit nanobasierter Produkte und Medikamente zu reduzieren, auch wenn letztlich nicht ganz auf sie verzichtet werden kann. "Insgesamt streben wir mit diesen wissenschaftlichen Arbeiten insbesondere biomedizinische Erkenntnisgewinne an. Wir wollen die Vorgänge verstehen, die die winzigen Teilchen auslösen, wenn sie auf Zellen treffen. Zudem wollen wir die von uns entwickelten Testsysteme lokalen Forschungsverbünden und der Industrie anbieten. Das macht den Wissenschaftsstandort Mainz auch für EU-Förderungen attraktiv", resümiert Prof. Stauber zuversichtlich.

Quelle: idw/Universität Mainz/Universitätsmedizin




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