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October 12th, 2007

JKU Linz und Uni Budweis besiegeln Kooperation

Mit der Unterzeichnung des Kooperationsvertrages besiegelten die Rektoren Václav B&#367;žek und Richard Hagelauer die Zusammenarbeit im Rahmen des grenzüberschreitenden Bachelorstudiums „Biologische Chemie“. Die JKU Linz und die Uni Budweis fungieren dabei als zentrale Drehscheibe in der Ausbildung von Schlüsselkräften für das wirtschaftliche Wachstum in Zukunftsfeldern der Biotech-Region. <% image name="JKU_Budweis" %><p> Das neue englischsprachige Studium startete Anfang Oktober und bietet aktuell 21 Studierenden beider Universitäten eine exzellente, sechs-semestrige Ausbildung auf dem Gebiet der Life Sciences. „Die JKU schließt mit dieser Stärkung ihres internationalen Life Science-Schwerpunkts eine Ausbildungslücke am Biotechnologiesektor der Region Oberösterreich-Südböhmen“, betonte Rektor Hagelauer und hob damit das Alleinstellungsmerkmal der JKU am oberösterreichischen Bildungsmarkt hervor. Fehlende Biokompetenz am regionalen Biotech-Arbeitsmarkt wurde bisher über Spezialisten aus anderen Bundesländern oder dem Ausland ausgeglichen. Fehlende Aus- und Fortbildungsmöglichkeiten zogen als logische Konsequenz eine Abwanderung von Wissen in andere Universitätsstädte nach sich. "2Mit dem Studiengang Biologische Chemie wird ein neuer, dem Wachstumsmarkt entsprechender Zukunftsweg eingeschlagen. Wissen und Personalressourcen werden ab sofort in der Region vor Ort generiert", ergänzte Hagelauer. JKU Linz und Uni Budweis besiegeln Kooperation

Die Highlights der Biotechnica 2007

863 Aussteller aus 32 Ländern zeigten auf der heurigen <a href=http://www.biotechnica.de>Biotechnica</a>, Europas Leitmesse für Biotechnologien, innovative Entwicklungen zu den Themen Lebensmittel-, Pflanzen- und Umweltbiotechnologie, Medizinische Biotechnologie, Mikrosystemtechnik, Regenerative Medizin, Weiße Biotechnologie und Nanobiotechnologie. <% image name="Biotechnica_I" %><p> Im Lebensmittelbereich wurde etwa die Produktion von ernährungsphysiologisch hochwertigen Mikroalgen sowie eine Vielzahl funktioneller Lebensmittelinhaltsstoffe aus biotechnologischer Produktion vorgestellt. Ein Asthma-vorbeugendes Mittel aus Pflanzen von Medigreen wurde durch die FDA zugelassen und ist dem Nutraceutical-Bereich zuzuordnen. Ein Ethanol-Prozesssensor von <a href=http://www.bluesens.de>BlueSens</a> erlaubt eine optimierte Produktion von Biokraftstoff. Im Bereich diagnostischer Methoden wurden Anwendungen zum parallelen und schnellen Organismennachweis beispielsweise von Mycoplasmen (pathogene Zellparasiten) mittels DNA-Chips gezeigt. Neben der molekularen Diagnostik fanden sich bildgebende Verfahren in Echtzeit, etwa zur Zellanalytik im lebenden Organismus. Transportwege und Effekte neuer Medikamente im Tierversuch können so mit großer Genauigkeit und hoher Auflösung verfolgt und detektiert werden, ohne dass die Tiere hierzu getötet werden müssen. Eine Alternative zum Tierversuch bieten im Bioreaktor gezüchtete Gewebe (<a href=http://www.gbo.com>Greiner Bio</a>). Eine humane Antikörperbibliothek (<a href=http://www.tebu-bio.com>Tebu-Bio</a>) ist als Schritt in Richtung eines humanen Protein-Chips zu sehen, der sowohl schnelles Screening von Wirkstoffen als auch von krankheitsauslösenden Faktoren ermöglichen wird. <% image name="Biotechnica_II" %><p> Ein 2µl-Spektrophotometer, geeignet für die Bestimmung von Nukleinsäure- (zum Beispiel DNA), Protein- oder Mikroarray-Farbstoff-Konzentrationen, ist ein gutes Beispiel der anhaltenden Tendenz zur Miniaturisierung (<a href=http://www.biozym.com>Biozym</a>). Darunter fällt auch eine Reihe von Laborrobotern und Automatisierungssystemen zur Handhabung von Flüssigkeiten im Nanoliterbereich. Ein anderes Beispiel der Mikrosystemtechnik ist ein Gaschromatograph in Zigarettenschachtelgröße, der Gemische in einzelne Verbindungen auftrennt (<a href=http://www.slsmt.de>SLS Microtech</a>). Neuentwicklungen wie Bioreaktoren für die Züchtung menschlicher Organe (<a href=http://www.zellwerk.biz>Zellwerk</a>) sowie ein Separator für die automatisierte Isolierung von Stammzellen (<a href=http://www.aviso-gmbh.de/web/index.php?option=com_content&task=view&id=12&Itemid=17&lang=de>Aviso</a>) kamen im Bereich der Regenerativen Medizin zum Zug. Darüber hinaus konnte mittels bildgebender tomographischer Verfahren das Innere einzelner Zellen hochaufgelöst betrachtet werden. In Anlehnung an die berühmten Knock-out Mäuse, die die Grundlage des diesjährigen Nobelpreises in Medizin bilden, wurden stillgelegte Gene in humanen Zelllinien vorgestellt (<a href=http://www.tebu-bio.com>Tebu-Bio</a>). Zur Herstellung komplexer Zell- und Gewebestrukturen gab es Zellträger aus Kollagen, die nach Transplantation keine Abstoßungsreaktion hervorrufen (<a href=http://www.naturin.de>Naturin</a>). Zur Entwicklung industriell relevanter Produktionsprozesse für tierische und menschliche Zellen fanden sich etwa Einwegbioreaktorsysteme, die die Prozessentwicklung wesentlich vereinfachen und das Kontaminationsrisiko verringern. Eine automatisierte Analyse von enzymatischen Reaktionen (<a href=http://www.caliperls.com>Caliper</a>) ermöglicht das schnelle Screening von neuen Enzymanwendungen. Ein DNA-Fingerprint von industriellen Mikroorganismen (<a href=http://www.nadicom.com>Nadicom</a>) erlaubt die Überwachung von Stammbanken und Bioprozessen. Die Entwicklung der industriellen Biotechnologie basiert ebenfalls auf der Entdeckung neuer Enzyme, beispielsweise aus Pilzen (Uni Kaiserslautern). Aptamere (gezielt gefaltete Strukturen mit Bindungseigenschaft) zur Hemmung von Viren in Zellkulturen (<a href=http://www.aptares.de>Aptares AG</a>) erhöhen den Sicherheitsstandard bei der Produktion von Pharmazeutika mittels Säugerzelllinien. Für den Bereich Aufarbeitung wurden neue Ansätze zur Wertstoffabtrennung mit magnetisierbaren Nanopartikeln vorgestellt. Die Nano-Manipulation von Einzelzellen mit Hilfe von laserbasierten Instrumenten dient zur Beeinflussung von Zellen und subzellulären Strukturen (<a href=http://www.rowiak.de>Rowiak</a>). Um die Wirkung von Therapeutika auf Zellkomponenten zu erfassen, ist die Betrachtung von Bestandteilen des Zellskeletts (Mikrotubuli und Actinfasern) in Echtzeit sehr nützlich (<a href=http://www.marinpharm.com>Marinpharm</a>). Die Highlights der Biotechnica 2007

Vorschlag für integrierte EU-Meerespolitik

Die EU-Kommission hat eine Mitteilung mit ihrem Zukunftskonzept für eine integrierte EU-<a href=http://ec.europa.eu/maritimeaffairs/index_de.html>Meerespolitik</a> sowie einen ausführlichen Aktionsplan mit einem ehrgeizigen Arbeitsprogramm für die kommenden Jahre vorgelegt. Vorschlag für integrierte EU-Meerespolitik <% image name="Welle" %><p> Der Vorschlag basiert auf einer umfangreichen öffentlichen Anhörung, die im Juni abgeschlossen wurde. EU-Kommissionspräsident José Manuel Barroso, auf dessen Initiative das neue meerespolitische Konzept zurückgeht, sagte: "Ich bin überzeugt, dass ein großer Teil unserer Zukunft im bisher ungenutzten Potenzial der Ozeane liegt. Unser Vorschlag für eine integrierte Meerespolitik soll Wachstum und Arbeitsplätze schaffen und die Nachhaltigkeit fördern." Bisher wurden die verschiedenen meeresbezogenen Aktivitäten und Maßnahmen im Wesentlichen sektorbezogen verwaltet. Die integrierte Meerespolitik wird den Modus der Politikgestaltung und Entscheidungsfindung in den meeresbezogenen Bereichen unter voller Wahrung des Subsidiaritätsprinzips verändern. So werden die zuständigen Behörden in die Lage versetzt, Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Sektoren und Politikbereichen zu analysieren und auf allen Ebenen zu berücksichtigen, damit sie gemeinsame Instrumente zur Nutzung von Synergien und zur Vermeidung von Konflikten entwickeln können. Die neue Politik wird auf Europas Stärken in den Bereichen Meeresforschung, Technologie und Innovation aufbauen. Sie wird in der Lissabon-Agenda für mehr und bessere Arbeitsplätze und Wachstum ebenso verankert sein wie in dem übergreifenden Engagement der EU, dafür zu sorgen, dass die wirtschaftliche Entwicklung nicht auf Kosten der ökologischen Nachhaltigkeit geht. In der Mitteilung und dem beigefügten Aktionsplan sind konkrete Maßnahmen aufgelistet, die die amtierende Kommission in dieser Amtszeit einzuleiten gedenkt. Diese Maßnahmen erstrecken sich auf ein breites Spektrum von Themen vom Seeverkehr bis zur Wettbewerbsfähigkeit der im maritimen Bereich tätigen Unternehmen über Fragen der Beschäftigung, der wissenschaftlichen Forschung, der Fischerei und des Schutzes der Meeresumwelt. Es handelt sich unter anderem um folgende Maßnahmen: &#8226; ein Europäischer Seeverkehrsraum ohne Hindernisse, &#8226; eine Europäische Strategie für Meeresforschung, &#8226; von den Mitgliedstaaten zu entwickelnde nationale integrierte Meerespolitiken, &#8226; ein integriertes Netzwerk für die Meeresüberwachung, &#8226; ein Fahrplan für die maritime Raumplanung der Mitgliedstaaten, &#8226; die Ausmerzung der Piratenfischerei und der destruktiven Grundschleppnetzfischerei auf hoher See, &#8226; die Förderung eines europäischen Netzwerkes maritimer Cluster, &#8226; eine Überprüfung der für die Schifffahrt und die Fischerei geltenden Ausnahmeregelungen zum EU-Arbeitsrecht, &#8226; ein europäisches maritimes Beobachtungs- und Datennetzwerk, &#8226; eine Strategie zur Eindämmung der Auswirkungen des Klimawandels in Küstenregionen. In den kommenden Wochen werden weitere Initiativen zur Hafenpolitik, zur Fischerei und zum Schutz der Meeresumwelt folgen.

October 11th

Fettfreie Wurst, die schmeckt

Dank eines neuen, patentierten Verfahrens, das am <a href=http://www.ivv.fraunhofer.de>Fraunhofer-Institut für Verfahrens- und Verpackungstechnik IVV</a> entwickelt wurde, lassen sich nun auch schmackhafte Wurstsorten mit nur 2-3 % Fettanteil herstellen. Fettfreie Wurst, die schmeckt <% image name="Zacherl_Eisner_Mueller" %><p> <small> Entwickler der Fitnesswurst: Christian Zacherl, Peter Eisner und Klaus Müller (v.l.). © Volker Steger </small> Etwa 1,5 Mio t Wurstwaren essen die Deutschen im Jahr. 2/3 davon sind Brüh- und Kochwurst. Doch diese Sorten enthalten meist viel Fett, damit sie die entsprechende Konsistenz und den Geschmack haben. "Natürlich gibt es auch fettarme Wurstsorten, die haben meist jedoch einen Anteil Geflügelfleisch. Oder die Verbraucher halten sich an Schinken. Aber fettarme Produkte bei Sorten wie Bierschinken, Leberkäse oder Salami, das fehlt bisher", erläutert Joseph Pointner, Metzgermeister aus Mindelheim. Er hatte die Idee zur fettarmen Wurst und probierte verschiedene Parameter aus, um sie auch herzustellen. "Allerdings hatte ich nur zum Teil Erfolg", sagt Pointner. Die Kunst ist es, das Fett in der Wurst mehr und mehr durch ein Proteingel zu ersetzten. Damit das gelingt, müssen sich die Proteine des Fleisches stärker vernetzen, also ihre Struktur so auffalten, dass möglichst viel Wasser gebunden wird. "Beim Zerkleinerungsprozess im Kutter werden die Fleisch-Proteine, Actin und Myosin, freigesetzt. Unsere Aufgabe war es nun mehr Proteine freizusetzen als bei der üblichen Wurstherstellung und ihre Eigenschaften zu beeinflussen, um mehr Wasser zu binden. Damit kann der Fettanteil reduziert werden", sagt Peter Eisner vom Fraunhofer-Institut für Verfahrens- und Verpackungstechnik IVV. Dreh- und Angelpunkt ist der Kutter, eine Schüssel, die um scharfe, rotierende Messer kreist. In ihr kommen die Zutaten zusammen: mageres Fleisch, Gewürze und Eis. Bei herkömmlichen Kuttern entstehen an den Messern Temperaturspitzen von bis zu 75 °C. Das führt zu einer Denaturierung der Proteine, sie bilden unerwünschte kleine Klümpchen im Brät und verlieren teilweise die Fähigkeit, Wasser zu binden. In der institutseigenen Wurstküche wurde eine Reihe von Versuchen gefahren, um den idealen Fettgehalt und die richtige Textur bzw. Konsistenz des Bräts zu erreichen. Der Trick ist, die Temperatur zu kontrollieren und Kuttermesser sowie Brät immer wieder zu kühlen. Dabei kommt es auf den richtigen Zeitpunkt an: Nur einen Moment zu spät, dann werden die Messer heiß. Auf das Herstellungsverfahren halten Fraunhofer und Joseph Pointner das Patent.

October 10th

Siemens liefert Flugstromvergasung nach China

<a href=http://www.powergeneration.siemens.de>Siemens Power Generation</a> hat aus China einen weiteren Auftrag zur Lieferung von 2 Flugstromvergasungs-Reaktoren mit einer thermischen Leistung von jeweils 500 MW erhalten. Auftraggeber ist Shanxi Lanhua Chemical Co. Ltd., eine Tochter des Lanhua-Konzerns. Die Reaktoren sind zur Herstellung von Synthesegas für die Ammoniakproduktion bestimmt. <% image name="Siemens_Kohle" %><p> <small> Energieversorgung mit Zukunft: Chemische Rohstoffe aus Kohle. </small> Der Auftrag für Siemens umfasst unter anderem die Lieferung der beiden Vergaser mit den zugehörigen Brennern sowie weiterer Schlüsselkomponenten. Darüber hinaus wurde ein Lizenzvertrag über die Nutzung der Siemens-Technologie abgeschlossen. Ab Mitte 2010 wird die Kohlevergasungsanlage im Süden der Provinz Shanxi in der Nähe von Jincheng City aus heimischer Steinkohle über 100.000 Nm³ Synthesegas/h für die Herstellung von Ammoniak bzw. Harnstoff liefern. Verfahren wie die Kohlevergasung bzw. -verflüssigung gewinnen derzeit dank relativ billiger Kohle an Bedeutung. Mit der 500-MW-Leistungsklasse konnte Siemens <a href=http://chemiereport.at/chemiereport/stories/5050>heuer</a> bereits einen Auftrag über die Lieferung von 5 Flugstromvergasungs-Reaktoren nach China vermelden. Auch in die <a href=http://chemiereport.at/chemiereport/stories/5139>USA</a> wird Siemens 2 Flugstromvergasungs-Reaktoren mit jeweils 500 MW bis 2010 liefern. Siemens liefert Flugstromvergasung nach China

DuPont erweitert Kevlar-Produktion für 500 Mio $

<a href=http://www.kevlar.com>DuPont</a> plant, mehr als 500 Mio $ in den Ausbau seiner Produktionskapazität für die Hochleistungsfaser Kevlar zu investieren. Der Ausbau soll in mehreren Stufen erfolgen. Noch heuer soll in einer ersten Phase mit der Erweiterung der Kapazität für Kevlar-Polymere in Richmond (Virginia) begonnen werden. <% image name="DuPont_Kevlar" %><p> <small> <b>Kevlar</b> war die erste Faser, die sowohl extrem reißfest als auch leicht ist. Die bekannteste Anwendung damit sind kugel- und stichsichere Schutzwesten. Zudem wird Kevlar bei explosions- oder sturmsicheren Konstruktionen, Flugzeugen sowie den Steigrohren in Bohrplattformen eingesetzt. </small> Insgesamt soll die Produktion um 25 % gesteigert werden. Es ist die größte Expansion für Kevlar seit dessen Einführung 1965 und soll 2010 abgeschlossen sein. "Mit dem zunehmenden Bedürfnis nach Schutz und Sicherheit ist die Nachfrage nach Kevlar weltweit gestiegen" so Thomas G. Powell, General Manager von DuPont Advanced Fiber Systems. "Zudem haben die hohen Energiepreise die Nachfrage in der Luftfahrt- und Autoindustrie sowie auf dem Öl- und Gassektor nach Kevlar angekurbelt." 2000-2006 hat DuPont bereits 4 Projekte zur Erweiterung der Kevlar-Kapazitäten in den Werken Richmond/USA und Maydown/Nordirland abgeschlossen. Die letzte beinhaltete auch eine von DuPont entwickelte und patentierte Neue Faser-Technologie (NFT), die zu innovativen Fasern führt und innovative Produktionsmöglichkeiten eröffnet. Sie ist ein wichtiger Baustein, um die zukünftigen Bedürfnisse der Märkte zu bedienen. Im August 2006 hatte DuPont zudem seine Pläne für den dreistufigen Ausbau der Kapazitäten für seine zweite Aramidfaser DuPont Nomex mit einem Investitionsvolumen von mehr als 100 Mio $ bekannt gegeben. Damit wird die Kapazität für Nomex-Fasern und Papiere um rund 10 % erhöht. Die erste Phase soll Ende des Jahres abgeschlossen sein. DuPont erweitert Kevlar-Produktion für 500 Mio $

Chemie-Nobelpreis 2007 geht an Gerhard Ertl

Der Forscher, der am Fritz Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin arbeitet, erhält die höchste wissenschaftliche Auszeichnung für Chemie. Seine Arbeit erkläre maßgeblich die chemischen Prozesse, die sich auf festen Oberflächen abspielen, so die Begründung der Schwedischen Akademie der Wissenschaften. Chemie-Nobelpreis 2007 geht an Gerhard Ertl <% image name="Gerhard_Ertl" %><p> <small> Rund 60 Jahre, nachdem Fritz Haber für die Ammoniaksynthese den Chemie-Nobelpreis erhielt, hat Gerhard Ertl gezeigt, wie ein Ammoniakkatalysator auf molekularer Ebene funktioniert. </small> "Gerhard Ertl hat die Basis für das Verständnis von industriellen Katalysatoren und katalytischen Prozessen gelegt", sagte Ferdi Schüth vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, ein Kollege des Nobelpreisträgers. "Sie kann uns helfen, so unterschiedliche Vorgänge wie die Arbeitsweise von Brennstoffzellen oder von Katalysatoren in unseren Autos zu verstehen." Oberflächenchemische Katalysatoren sind in vielen industriellen Verfahren ausschlaggebend, unter anderem bei der Herstellung von Kunstdünger. Mit der Oberflächenchemie lässt sich sogar der Abbau der Ozonschicht erklären.

Quecksilber kann auch mit 4 Partnern

Das letzte Mal, dass eine neue Oxidationsstufe für ein Element experimentell gefunden wurde, liegt schon fast 20 Jahre zurück. Jetzt ist es wieder soweit und das Periodensystem ist künftig mit anderen Augen zu betrachten: Schuld daran sind die Experimente von Chemikern aus Würzburg und Charlottesville an Quecksilber. <% image name="Quecksilberatom" %><p> <small> Ein Quecksilberatom in der Mitte, quadratisch um es herum angeordnet 4 Fluor-Atome. So sieht die neu gefundene Oxidationsstufe von Quecksilber aus. © Sebastian Riedel </small> Martin Kaupp vom Institut für Anorganische Chemie der Uni Würzburg hat schon 1993 vorausgesagt, dass es für Quecksilber eine weitere Oxidationsstufe geben müsse. Normalerweise ist das Element maximal zweiwertig, das heißt es verbindet sich nur mit 2 weiteren Atomen. Kaupp behauptete aber, dass auch die vierwertige Stufe in Form des Quecksilbertetrafluorids (HgF<small>4</small>) experimentell zugänglich sein sollte. Lester Andrews von der University of Virginia gelang es nun, zusammen mit Xuefang Wang das HgF<small>4</small> zweifelsfrei nachzuweisen, und zwar mit Unterstützung der Theoretiker aus Würzburg, welche die Identifizierung durch Berechnung der Schwingungsspektren möglich machten. Das Experiment muss bei weniger als minus 260 °C ablaufen - in dieser Kälte werden Edelgase zu Feststoffen. Die Chemiker verwendeten Neon, das nicht gerne chemisch reagiert, und bestückten es mit Hg-Atomen und F-Molekülen. Dann erwärmten sie das Ganze um einige Grad und belichteten es. Das bewirkt den Zerfall der F-Moleküle in Atome, die sich dann wiederum mit dem Quecksilber verbinden. Heraus kamen zu 90 % die bekannte Verbindung aus 1 Hg- und 2 F-Atomen (HgF<small>2</small>), zu etwa 10 % aber auch das bisher nie da gewesene HgF<small>4</small>. Eine praktische Anwendung gibt es dafür zwar noch nicht. Für das Periodensystem aber haben die Experimente Folgen: Die Elemente in der Gruppe 12 (Zink, Cadmium und Quecksilber) wurden bisher als so genannte Postübergangsmetalle oder "repräsentative Elemente" betrachtet. Nun aber kommt dem Quecksilber in dieser Gruppe eine Sonderposition zu, "es kann jetzt als Übergangsmetall aufgefasst werden, da es im HgF<small>4</small> d-Orbitale verwendet, die nur Übergangsmetallen zur Verfügung stehen", sagt Kaupp. Quecksilber kann auch mit 4 Partnern

October 9th

Lonza stellt Clonetics–Ratten-Herzmuskelzellen vor

Lonza gibt die Verfügbarkeit von <a href=http://www.lonzabioscience.com/prod.ratcmc>Clonetics</a> – neonatalen Ratten-Herzmuskelzellen für die Nutzung in der kardiovaskulären und toxikologischen Forschung - bekannt. Dabei handelt es sich um kryokonservierte Zellen, die aufgetaut werden können, um intakte, schlagende Herzmuskelzellen zu erhalten. Lonza stellt Clonetics–Ratten-Herzmuskelzellen vor <% image name="Kryokonservierung" %><p> <small><i> Kryokonservierung: In Behältern mit flüssigem Stickstoff werden Stammzellen bei knapp minus 200 °C konserviert. © Eccocell </i></small> Forschungslabore gelangen so an anwendungsbereite primäre Zellen, die für Experimente in Bereichen wie Zellkontraktion und -physiologie, Ionenkanal-Durchfluss, Lipidmetabolismus und Lipidtoxizität im Herzen, Herzverletzungen und kardiale Apoptose, Entzündungen, Hypertonie und Zytotoxizität verwendet werden können. Die neonatalen Ratten-Herzmuskelzellen sind ventrikuläre Myozyten, die aus Sprague-Dawley-Ratten, Tag P1-3, isoliert werden. Die Zellen haben nach dem Auftauen einen Reinheitsgrad von &#8805; 85% und eine Überlebensrate von &#8805; 80%. Sie testen positiv auf Färbungen für Actinin und sind elektrophysiologisch aktiv, wie ein Schlagen in vitro nach 24 h in Kultur zeigt. Die Zellen wurden getestet und sind garantiert frei von Mykoplasmen und Bakterien. Mittels eines Multi-Elektrodenarrays konnte bei diesen kryokonservierten Zellen eine mit frischen Zellen vergleichbare elektrische Aktivität aufgezeichnet werden. Zudem konnten entsprechende Reaktionen auf herzstimulierende Substanzen gezeigt werden. „Mit diesem Produkt lassen sich Schwierigkeiten beim Kauf von Ratten sowie den eigenen Präparationen und Isolierungen vermeiden. Kryokonservierte Zellen bieten eine bequeme und flexible Möglichkeit, Zellen dann zu benutzen, wenn die Experimente dafür bereit sind. Die Unterstützung für die kardiovaskuläre Forschung ist im letzten Jahrzehnt stark angestiegen. Diese neuen Ratten-Herzmuskelzellen sind ein In-vitro-Werkzeug, mit dessen Hilfe Forschungsprojekte beschleunigt und effektiv umgesetzt werden können“, so Shawn Cavanagh, Leiter von Lonza Bioscience.

Strukturprognosen bei biologischen Nanomaterialien

Forschern ist es erstmals gelungen, mit atomistischen Berechnungen fundamentale Bruchmechanismen von biologischen Materialien zu erklären. Darauf aufbauend entwickelten sie eine Theorie, die es ermöglicht, die Festigkeit und Robustheit biologischer Nanostrukturen vorherzusagen. <% image name="Faltstruktur_Alzheimer_Proteinkristall" %><p> <small> Molekulare Faltstruktur von Alzheimer-Proteinkristallen. © Buehler </small> Warum ist Spinnenseide stärker als Stahl? Was macht Knochen so fest und verformbar zugleich? Wieso können Zellen auf ein vielfaches ihrer ursprünglichen Länge reversibel verformt werden? Und welche molekularen Mechanismen führen zu mechanischen Fehlfunktionen von Proteinen, was bei Krankheiten, vorzeitiger Alterung oder degenerativen Muskelerkrankungen eine zentrale Rolle spielt? Die Ursache dieser Phänomene sind <b>multifunktionale biologische Nanostrukturen</b>, deren Eigenschaften die Forscher in neuen Materialien nutzbar machen wollen bzw. mit ihnen auf neuen Wegen genetische Krankheiten zu heilen. Dabei verfolgt die Gruppe um Markus Buehler vom MIT und Theodor Ackbarow, Austauschstudent der Uni Stuttgart am MIT, einen Ansatz, bei dem das mechanische Verhalten auf atomarer Ebene durch Simulationen auf Hochleistungscomputern untersucht wird und Rückschlüsse auf makroskopische Beobachtung gezogen werden. Dabei ist jetzt ein Durchbruch gelungen. Erstmals konnten auf atomarer Ebene Deformationsmechanismen von Proteinmaterialien im Cytoskelett der Zelle und in Amyloid-Fasern, wie sie bei Alzheimer vorkommen, erklärt werden. "Das Besondere an biologischen Proteinmaterialien ist, dass sie meist aus sehr 'weichen' Wasserstoffbrücken aufgebaut sind", erklärt Ackbarow. Dennoch erreichen biologische Materialien hohe Festigkeiten, ähnlich derer von Glas oder Stahl. <b>Hierarchien als Designvariable.</b> Die Ergebnisse zeigen, dass hierarchische Materialstrukturen von Nano zu Makro der Schlüssel zum Erreichen dieser außergewöhnlichen Eigenschaften ist. Diese Strukturen erlauben es, scheinbar widersprüchliche Materialeigenschaften wie Festigkeit und Robustheit oder Selbstheilung und Selbstadaptation zu vereinen und die schwachen chemischen Bindungen zu verstärken. Die Forscher haben beobachtet, dass aufgrund der hierarchischen Struktur je nach Verformungsgeschwindigkeit verschiedene Deformations- und Bruchmechanismen auftreten. Wenn sich etwa eine Zelle aktiv verformt, treten Mechanismen auf, die dafür sorgen, dass das Gewebe weich bleibt und somit die Verformungen unter minimalem Energieaufwand möglich sind. Wirkt hingegen eine Schocklast auf das Gewebe ein, werden andere Bruchmechanismen aktiviert, die zu einer lokalen Verfestigung des Materials führen. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen konnten die Forscher erstmals ein <b>Festigkeitsmodell</b> entwickeln, das es ermöglicht, ausschließlich aufgrund der Eigenschaften der chemischen Verbindungen und der Geometrie der Moleküle die mechanischen Eigenschaften von Proteinstrukturen vorherzusagen. Das ist der erste Schritt, um biologische Materialien zu entwickeln, die sich nicht nur selbst einer Belastung anpassen oder sich selbst regenerieren können, sondern auch bei moderaten Temperaturen herzustellen sind. Strukturprognosen bei biologischen Nanomaterialien

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