{"id":13435,"date":"2013-09-09T00:00:00","date_gmt":"2013-09-08T22:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bio-based.eu\/news\/index.php?startid=20130909-03n"},"modified":"2013-09-09T00:00:00","modified_gmt":"2013-09-08T22:00:00","slug":"mikrocontainer-aus-spinnenseide-fuer-die-medizinische-diagnostik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/mikrocontainer-aus-spinnenseide-fuer-die-medizinische-diagnostik\/","title":{"rendered":"Mikrocontainer aus Spinnenseide f\u00fcr die medizinische Diagnostik"},"content":{"rendered":"
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\"MikroskopischeeADF4(C16) und NHS-Fluoreszein- markiertem eADF4(C16):
A) Lichtmikroskopische Aufnahme
B) Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme
C) \u00dcberlagerung der beiden Aufnahmen
Der Messbalken in diesen drei Abbildungen entspricht einer
L\u00e4nge von 50 Mikrometern.
D) Aufnahme einer einzelnen Kapsel mit einem konfokalen
Laserscanmikroskop
Der Messbalken entspricht hier einer L\u00e4nge von 10 Mikrometern.
Aufnahmen: Dissertation Claudia Bl\u00fcm, Lehrstuhl f\u00fcr
Biomaterialien, Universit\u00e4t Bayreuth.”><\/td>\n<\/tr>\n
Mikroskopische Aufnahmen von Kapseln aus
eADF4(C16) und NHS-Fluoreszein- markiertem eADF4(C16):
A) Lichtmikroskopische Aufnahme
B) Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme
C) \u00dcberlagerung der beiden Aufnahmen
Der Messbalken in diesen drei Abbildungen entspricht einer
L\u00e4nge von 50 Mikrometern.
D) Aufnahme einer einzelnen Kapsel mit einem konfokalen
Laserscanmikroskop
Der Messbalken entspricht hier einer L\u00e4nge von 10 Mikrometern.
Aufnahmen: Dissertation Claudia Bl\u00fcm, Lehrstuhl f\u00fcr
Biomaterialien, Universit\u00e4t Bayreuth.<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n<\/div>\n

Die Biomedizin hat ein zunehmend starkes Interesse an Kapseln, die geeignet sind, um Enzyme darin einzuschlie\u00dfen. Dabei geht es einerseits um therapeutische Zwecke wie den sicheren Transport von Wirkstoffen, andererseits um die Verwendung von Enzymen im Rahmen medizinischer Diagnosen. Einer Forschungsgruppe um Prof. Dr. Thomas Scheibel an der Universit\u00e4t Bayreuth ist es jetzt gelungen, aus Proteinen der Spinnenseide hochleistungsf\u00e4hige Kapseln herzustellen, die erstmals zwei Funktionen gleichzeitig erf\u00fcllen: Sie sch\u00fctzen die Enzyme vor zersetzenden Proteasen; aber sie machen es m\u00f6glich, die Aktivit\u00e4t der eingeschlossenen Enzyme von au\u00dfen zu steuern und zu beobachten.<\/p>\n

Sicher verpackt, aber von au\u00dfen steuerbar: Verkapselte Enzyme er\u00f6ffnen neue M\u00f6glichkeiten der Diagnose<\/b>
Mit dieser Doppelfunktion er\u00f6ffnen die Kapseln neue Perspektiven f\u00fcr die medizinische Diagnostik. So k\u00f6nnen beispielsweise geringste Mengen von sch\u00e4dlichen Inhaltsstoffen im Blut dadurch nachgewiesen werden, dass sie bei den eingeschlossenen Enzymen zu bestimmten Reaktionen f\u00fchren, wenn sie in die Kapsel eindringen. Zugleich sind die im Blut enthaltenen Proteasen nicht in der Lage, die Kapseln zu durchdringen und die Enzyme zu spalten. “Die Kapseln, die wir aus k\u00fcnstlich hergestellter Spinnenseide entwickelt haben, sind sch\u00fctzende Container, die es gleichwohl erlauben, von au\u00dfen auf die eingeschlossenen Enzyme gezielt einzuwirken und damit chemische Reaktionen zu steuern und nachzuweisen”, erkl\u00e4rt Prof. Scheibel. “Diese Effekte sind den besonderen Eigenschaften des von uns verwendeten Seidenproteins zu verdanken.”<\/p>\n

Medizinisch unbedenklich: Ein neues Verfahren f\u00fcr die Herstellung stabiler Kapseln<\/b>
In der Online-Ausgabe der Zeitschrift “Advanced Functional Materials” berichtet das Forschungsteam, an dem auch Dr. Alfons Nichtl von der Roche Diagnostics beteiligt war, \u00fcber die neue Entwicklung. Die Kapseln wurden aus einem k\u00fcnstlich hergestellten Spinnenseidenprotein, dem Protein eADF4(C16), gebildet. Hierf\u00fcr haben die Bayreuther Forscher ein neues Verfahren entwickelt: F\u00fcr die Formung der Kapseln wurde ein ungiftiges, in medizinischer Hinsicht unbedenkliches Silikon\u00f6l verwendet; in einem weiteren Schritt erhielten die Kapseln mithilfe einer Nachbehandlung mit Ethanol eine hohe strukturelle Festigkeit.<\/p>\n

Die daraus resultierenden runden Kapseln sind mit blo\u00dfem Auge nicht zu erkennen. Denn sie haben einen Durchmesser zwischen 1 und 30 Mikrometern, also zwischen 0,001 und 0,03 Millimetern. Ihre mechanische Festigkeit ist hoch. Sie liegt zwischen 0,7 und 3,0 Gigapascal und \u00fcbertrifft damit die Festigkeit von Kapseln aus vielen anderen infrage kommen-den Materialien. Zudem zeichnen sich die Kapselmembranen aus Spinnenseide, wie sich in den Bayreuther Experimenten herausstellte, durch einen weiteren Vorteil aus: Sie haben eine deutlich geringere Porosit\u00e4t als beispielsweise Kapseln, die aus Seidenproteinen der Raupen des Maulbeerspinners hergestellt werden. Daher sind Substanzen unterhalb eines bestimmten molekularen Gewichts (27 kDa) nicht imstande, aus der Kapsel nach drau\u00dfen zu entweichen.<\/p>\n

β-Galactosidase als Modellenzym: Spinnenseide sch\u00fctzt vor zersetzenden Proteasen<\/b>
Um herauszufinden, wie gut sich diese Kapseln f\u00fcr biomedizinische Anwendungen eignen, haben Prof. Scheibel und seine Mitarbeiter auf das Enzym β-Galactosidase zur\u00fcckgegriffen, das in allen Lebewesen vorkommt und an deren Stoffwechsel mitwirkt. Dieses Enzym wurde in den Spinnenseidenkapseln eingeschlossen, ohne dass es w\u00e4hrenddessen mit den Kapselw\u00e4nden verklebte oder in seiner molekularen Struktur ver\u00e4ndert wurde. Protease-Molek\u00fclen, die dieses Enzym normalerweise sehr schnell zersetzen, gelang es nicht, die Seidenkapseln von au\u00dfen anzugreifen und sich einen Weg ins Innere zu bahnen.<\/p>\n

Mit spektroskopischen Verfahren sichtbar gemacht: Die gezielte Aktivierung eingeschlossener Enzyme<\/b>
Zugleich hat die Forschungsgruppe modellhaft zeigen k\u00f6nnen, wie sich die Aktivit\u00e4t des eingeschlossenen Enzyms von au\u00dfen steuern l\u00e4sst. Im Inneren der Kapsel wurden β- Galactosidase-Fragmente platziert, die jeweils ein Dimer bilden, also aus zwei gleichen Molek\u00fclteilen bestehen. In dieser Struktur ist das Enzym inaktiv. Komplement\u00e4re alpha-Peptide sind in der Lage, von au\u00dfen ins Innere der Kapsel einzudringen und an die β-Galactosi- dase-Fragmente zu binden. Diese bilden daraufhin jeweils ein Tetramer, also eine Struktur aus vier gleichen Molek\u00fclteilen. In dieser Struktur ist das Enzym aktiv. Indem also die Forscher das Peptid in das Medium einbringen, das die Kapsel umgibt, l\u00f6sen sie innerhalb der Kapsel die Aktivierung des Enzyms aus. Diese Art der Aktivierung der β-Galactosidase wird als α-Komplementation bezeichnet.
Sie l\u00e4sst sich mit Hilfe einer spektroskopisch nachweisbaren Farbstoffreaktion, die ebenfalls von au\u00dfen initiiert wird und innerhalb der Kapseln abl\u00e4uft, pr\u00e4zise beobachten. “Die neuen Kapseln aus Spinnenseide sind daher Schutzcontainer, in denen sich enzymatische Reaktionen gezielt herbeif\u00fchren und untersuchen lassen. Sie erm\u00f6glichen grunds\u00e4tzlich eine Vielzahl technischer und medizinischer Anwendungen und sind deshalb ein hochwillkommenes Instrument f\u00fcr die biomedizinische Forschung”, res\u00fcmiert Prof. Scheibel die bisherigen Forschungsergebnisse.<\/p>\n

Kurzportr\u00e4t der Universit\u00e4t Bayreuth<\/b>
Die Universit\u00e4t Bayreuth ist eine junge, forschungsorientierte Campus-Universit\u00e4t.
Gr\u00fcndungsauftrag der 1975 er\u00f6ffneten Universit\u00e4t ist die F\u00f6rderung von interdisziplin\u00e4rer Forschung und Lehre sowie die Entwicklung von Profil bildenden und F\u00e4cher \u00fcbergreifenden Schwerpunkten. Die Forschungsprogramme und Studienangebote decken die Natur- und Ingenieurwissenschaften, die Rechts- und Wirtschaftswissenschaften sowie die Sprach-, Literatur und Kulturwissenschaften ab und werden best\u00e4ndig weiterentwickelt. Gute Betreuungsverh\u00e4ltnisse, hohe Leistungsstandards, F\u00e4cher \u00fcbergreifende Kooperationen und wissenschaftliche Exzellenz f\u00fchren regelm\u00e4\u00dfig zu Spitzenplatzierungen in Rankings. Seit Jahren nehmen die Afrikastudien der Universit\u00e4t Bayreuth eine internationale Spitzenposition ein; die Bayreuther Internationale Graduiertenschule f\u00fcr Afrikastudien (BIGSAS) ist Teil der Exzellenzinitiative des Bundes und der L\u00e4nder. Die Hochdruck- und Hochtemperaturforschung innerhalb des Bayerischen Geoinstituts genie\u00dft ebenfalls ein weltweit hohes Renommee. Die Polymerforschung ist Spitzenreiter im F\u00f6rderranking der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Die Universit\u00e4t Bayreuth verf\u00fcgt \u00fcber ein dichtes Netz strategisch ausgew\u00e4hlter, internationaler Hochschulpartnerschaften.<\/p>\n

Derzeit sind an der Universit\u00e4t Bayreuth rund 11.000 Studierende in rund 100 verschiede- nen Studieng\u00e4ngen an sechs Fakult\u00e4ten immatrikuliert. Mit ca. 1.500 wissenschaftlichen Besch\u00e4ftigten, davon 225 Professorinnen und Professoren, und ca. 1.000 nichtwissenschaftlichen Mitarbeitern ist die Universit\u00e4t Bayreuth der gr\u00f6\u00dfte Arbeitgeber der Region.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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