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ÖSTERREICH JOURNAL NR. <strong>209</strong> / 21. 12. 2023 Wissenschaft & Technik Per »Fernsteuerung« kommen Wirkstoffe direkt in die Zelle Eisenoxid-Nanopartikel für gezielte Wirkstofffreisetzung 156 Foto: Medizinische Universität Graz Die Forschungsgruppe rund um Sebastian Schwaminger (l.) an der Medizinischen Universität Graz In der Entwicklung von Medikamenten und der gezielten Freisetzung von Wirkstoffen bietet der Einsatz von Nanotechnologie zahlreiche neue Möglichkeiten. Eine inter - essante Innovation ist dabei der Einsatz von Eisenoxid-Nanopartikeln, die mit einer speziellen Beschichtung versehen sind. Damit können Wirkstoffe sicher und direkt in die be - troffenen Zellen gebracht werden. Ein internationales Team von WissenschafterInnen unter prominenter Beteiligung der Medizinischen Universität Graz hat dazu kürzlich seine Forschungsergebnisse veröffentlicht und macht damit auf mögliche Einsatzgebiete in der Behandlung von Infektionen oder in der Krebstherapie aufmerksam. Wirkstoffe im »Schutzanzug« im Kampf gegen Bakterien Antimikrobielle Peptide (AMPs) sind natürliche Substanzen, die Bakterien angreifen, indem sie deren Zellmembran zerstören. Damit könnten sie beispielsweise zur Be - handlung bakterieller Infektionen eingesetzt werden, da sie im Vergleich zu herkömmlichen Antibiotika den Vorteil haben, daß sie die Entstehung von Antibiotikaresistenzen re duzieren. Den Grund, weshalb man AMPs aber nicht ohne Weiteres einsetzen kann, be - schreibt Sebastian Schwaminger vom Lehrstuhl für Medizinische Chemie der Med Uni Graz: „Einige AMPs können in ihrer Eigenschaft nicht nur für die Zellen von Bakterien, sondern auch für menschliche Zellen gefährlich werden, wodurch ihre Anwendbarkeit derzeit eingeschränkt wird.“ Diese Herausforderung hat ein internationales Team von WissenschafterInnen von Technischer Universität München, University of Limerick (Irland), Technischer Universiteit Eindhoven (Niederlande) und Medizinischer Universität Graz angenommen und einen möglichen Lösungsweg veröffentlicht, wie Nanotechnologie die breite Verwendung von AMPs ermöglichen kann. Insbesondere wurde hier das AMP Lasioglosin III (LL) verwendet, da es extrem antimikrobiell wirkt. Magnetische Fernsteuerung bringt Wirkstoff direkt an den Einsatzort Die von den WissenschafterInnen entwickelten Eisenoxid-Nanopartikel sind mit einer supramolekularen Ureido-Pyrimidinon- Beschichtung versehen, welche die antimikrobielle Aktivität des Peptids steigert. Bei der supramolekularen Beschichtung greifen große Moleküle wie bei einem Parkettboden ineinander und stabilisieren sich damit ge - genseitig. Doch das ist noch nicht alles, wie Sebastian Schwaminger erklärt: „Die von uns beschriebenen Nanopartikel können durch »Österreich Journal« – https://kiosk.oesterreichjournal.at das Eisenoxid mithilfe von Magnetismus ge - steuert werden, wodurch die Medikamentenfreisetzung genau dorthin erfolgt, wo sie be - nötigt wird.“ Diese Innovation ist mit einer Reihe von Vorteilen für PatientInnen verbunden: m Reduktion der Dosierung von AMPs und dadurch Verringerung des Risikos von Nebenwirkungen, m gezielte Medikamentenabgabe am Ort der Infektion bzw. Erkrankung und m Verbesserung der Sicherheit durch Kombination von Nanopartikeln mit AMPs, wodurch die Toxizität für menschliche Zellen reduziert wird Tests im Labormodell sollen Einsatzmöglichkeiten prüfen „Unsere Forschungsergebnisse könnten in absehbarer Zukunft die Art und Weise, wie wir Krankheiten behandeln, revolutionieren“, blickt Sebastian Schwaminger in die Zu - kunft. Es konnte gezeigt werden, daß die Par - tikel sowohl gegen Krebszellen als auch ge - gen Mikroorganismen (Bakterien) wirksam sind. Ein nächster Schritt der Entwicklung dieser innovativen Materialien ist der Test im Labormodell, bevor der Einsatz zu Therapiezwecken umgesetzt werden kann. n https://www.medunigraz.at/
ÖSTERREICH JOURNAL NR. <strong>209</strong> / 21. 12. 2023 Wissenschaft & Technik Steriles Laborequipment aus dem 3D-Drucker 157 Wiener ForscherInnen des Austrian Centre of Industrial Biotechnology und der BOKU Wien entwickeln ein steriles 3D-Druckverfahren In Laboren weltweit werden große Mengen an Plastikmüll produziert. Dabei handelt es sich meist um Gegenstände, die nur einmal verwendet werden, weshalb es ein er - klärtes Ziel wissenschaftlicher Einrichtungen in den Life Sciences ist, Strategien zur Reduzierung von Einwegkunststoffen zu finden. Dies geschieht im Bemühen, der Verschmutzung des Planeten vorzubeugen und sowohl den Klimazielen 2023 und 2040, den Nachhaltigkeitszielen der Vereinten Nationen als auch hierzulande der österreichischen Einwegkunststoffrichtlinie Rechnung zu tragen. Diese Richtlinien sehen u.a. vor, bestimmte Kunststoffprodukte aus Einwegkunststoff zu vermeiden und zu vermindern. Derzeit belaufen sich die Kunststoffabfälle aus Laboren weltweit auf über 5,5 Mil - lionen Tonnen pro Jahr. Zum Vergleich ist das mehr, als Indien mit 3 Mio. Tonnen in einem Jahr an Plastik produziert. Hinzu kommt, daß dieser Kunststoffabfall auf der einen Seite weder biologisch erzeugt, noch biologisch abbaubar ist. Auf der anderen Seite sind Labore vollständig von der Lieferkette für Einwegkunststoffe abhängig, was sich insbe - sondere bei Unterbrechungen wie der Covid- 19-Krise oder in Kriegszeiten als sehr problematisch erwies und erweist, da die Lieferzeiten für Einwegkunststoffe teilweise mehr als 6 Monate betragen. Ein Umstand, der die Produktion wichtiger Medikamente, Impfstoffe und Produkte des Alltags gefährdet – und damit direkt die Gesundheit von uns Menschen. Um nicht länger von Lieferketten und um - weltschädlichem Plastik abhängig zu sein, entschied sich ein ForscherInnenteam rund um Peter Satzer, Scientist am Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) und am Institut für Bioverfahrenstechnik (IBSE) an der BOKU Wien, ein neues Druckverfahren zu entwickeln, um Laborequipment aus umweltfreundlichem Plastik selbst herzustellen: Schüttelkolben für den einmaligen Gebrauch als auch komplette Bioreaktoren konnten mithilfe biokompatibler, kompostierbarer Polymilchsäure (PLA) 3D-ge - druckt werden. Dazu wurden handelsübliche Foto: BOKU/Christoph Gruber Priv.Doz. Peter Satzer; Scientist am acib und Forscher am Institut für Bioverfahrenstechnik BOKU Wien, mit seiner Instituts-Kollegin Lena Achleitner 3D-Drucker verwendet. Der Vorteil: Die kompostierbaren Schüttelkolben für den Einmalgebrauch haben einem Materialendpreis von lediglich 60 Eurocent. „Im Vergleich da - zu kosten entsprechende Schüttelkolben aus Einwegkunststoff bislang rund 10 € pro Stück, mit dem Nachteil, daß diese nicht biologisch abbaubar sind“, erklärt Satzer und weist darauf hin, daß „die selbst gedruckten, kompostierbaren Schüttelkolben im Vergleich zu handelsüblichen Einwegkunststoffen dieselben, strengen Qualitätseigenschaften aufweisen.“ Dies ist insofern wichtig, da in diesen Schüttelkolben u.a. menschliche, embryotische Nierenzellen (HEK), Ovarial - zel len des chinesischen Hamsters (CHO) und Insektenzellen kultiviert werden. Satzer: „Diese drei Zelllinien sind derzeit wichtige Ausgangsstoffe für die Forschung als auch die Produktion neuer Arzneimittel, darunter Krebsbehandlungen, Impfstoffe und Gentherapien.“ Dieser neue Ansatz des 3D-Drucks kompostierbarer Biomaterialien soll langfristig eine Demokratisierung der Herstellung er - möglichen und WissenschaftlerInnen den Vor - teil bieten, die benötigte Geometrie von La - borequipment frei wählen zu können. „Das Verfahren soll außerdem dabei helfen, nur jene Einwegartikel zu drucken, die tatsächlich benötigt werden, um Ressourcen, Ko - »Österreich Journal« – https://kiosk.oesterreichjournal.at sten und vielfach nur begrenzt verfügbaren Lagerraum zu sparen“, so Satzer. Darüber hinaus arbeiten die ForscherInnen an einem Verfahren, mit dem sterile Tei - le gedruckt werden können. Satzer: „Der derzeitige Stand der Technik sah entweder die Verwendung von teuren Einwegartikeln oder die Verwendung wiederverwendbarer Glasware vor, welche bisher energie- und ressourcenaufwändig gereinigt werden muß - te. Durch das sterile 3D-Druckverfahren wür - de eine bisher notwenige Sterilisation dieser Bauteile nach dem Druck entfallen, was den Energie- und Wasserverbrauch um über 90 Prozent senkt.“ Nimmt man einen kommerziellen, zur Sterilisation von Laborequipment eingesetzten Autoklav in einem durchschnittlichen mikrobiologischen Labor mit 25 ForscherInnen als Rechenbeispiel, verbraucht dieser jährlich das 65fache an Strom wie ein durchschnittlicher österreichischer Haushalt, 1800 m³ an Wasser und das Labor produziert ca. 1.3 Tonnen an Plastikmüll. Bei einer Gesamtzahl von 40.000 MitarbeiterInnen in der – stetig wachsenden – Life-Science-Forschung in Österreich bedeutet dies einen nicht zu unterschätzenden Ressourceneinsatz, der durch den direkten sterilen 3D- Druck aller benötigten Kunststoffe erheblich minimiert werden könnte. https://boku.ac.at/
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