Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Hochreine Alginate werden zur Immunisolierung von allogenen oder xenogenen Zellen oder Geweben in der Transplantationsmedizin ben\u00f6tigt. Hochreine Alginate mit standardisierter Zusammensetzung stehen auf dem Weltmarkt aber nicht zur Verf\u00fcgung. Ziel des beantragten Vorhabens war es, ein umweltschonendes, standardisiertes Extraktions- und Reinigungsverfahren zur Gewinnung von klinisch einsetzbaren Alginaten aus (in Kultur gehaltenen) Algen zu entwickeln und zu etablieren.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Ein umweltschonendes, kosteng\u00fcnstiges Extraktions- und Reinigungsverfahren von Alginaten wurde entwickelt, welches in den halb-technischen Ma\u00dfstab umgesetzt werden konnte. Die Extraktion der Alginate aus Braunalgen sowie die anschlie\u00dfende Aufreinigung des Alginats werden in getrennten Verfahrensschritten vorgenommen, da das Ausgangsmaterial Mikroorganismen enth\u00e4lt, die quantitativ aus dem Endprodukt entfernt sein m\u00fcssen. Da Alginatl\u00f6sungen hochvisk\u00f6s sind, musste ein spezieller 90 Liter F\u00e4llungsreaktor gebaut werden, der die Abtrennung von mitogenen und toxischen Verunreinigungen quantitativ und unter sterilen Bedingungen erlaubte. Die Regelungstechnik dieses Reaktors wurde von der Firma INTECH, Rimpar, entwickelt.
\nDie Prozessparameter konnten inzwischen weitgehend optimiert werden. Ein einj\u00e4hriger Dauerbetrieb der Anlage wird zeigen, wie weit noch weitere Ver\u00e4nderungen vorgenommen werden m\u00fcssen. Entscheidend ist die Reinheit des Ausgangsmaterials. Als Ausgangsmaterial wurden Algen verwandt, die an der chilenischen und afrikanischen Westk\u00fcste handverlesen gesammelt wurden. Aufgrund von witterungsbedingten Einfl\u00fcssen sowie Umweltverschmutzungen kann es aber unter Umst\u00e4nden zu einer Qualit\u00e4tsminderung des Algenmaterials kommen, die durch den Extraktions- und Reinigungsprozess nicht vollst\u00e4ndig erfasst werden. Deshalb kommt der Qualit\u00e4tskontrolle des Algenmaterials und des Endprodukts eine entscheidende Bedeutung zu, da sie die Voraussetzung f\u00fcr die Beantragung einer Herstellererlaubnis f\u00fcr das Alginat und f\u00fcr die daraus hergestellten immunisolierten Transplantate zum Einsatz in der Klinik ist.
\nDie genannten Probleme minimieren sich, wenn die Anzucht von Braunalgen in Photobioreaktoren modulartig erfolgt. Die grundlegenden Arbeiten f\u00fcr eine Etablierung von Laminaria pallida Kulturen sind inzwischen zusammen mit Prof. Dr. G. M\u00fcller und PD Dr. I. Maier von der Fakult\u00e4t f\u00fcr Biologie der Universit\u00e4t Konstanz erfolgreich durchgef\u00fchrt worden. Dabei wurden Kalli eingesetzt, da sie die Eigenschaft haben, bei permanentem Wachstum keine Differenzierung einzugehen. Die Kultur wird axenisch betrieben, wobei die Kalli mittels steriler Luft permanent aufgewirbelt werden, so dass sie optimal dem Licht ausgesetzt und ausreichend mit CO2 versorgt werden. Aus Kalli extrahiertes und gereinigtes Alginat wies eine \u00e4hnlich hohe Viskosit\u00e4t und damit Molekulargewichtsverteilung auf wie das Alginat, das aus Algen, die an der afrikanischen K\u00fcste gesammelt wurden, extrahiert wurde. Die Qualit\u00e4t der gereinigten Alginate wurde mit Verfahren, die in den einschl\u00e4gigen ASTM Standards beschrieben sind, \u00fcberpr\u00fcft. Gleichzeitig war es (und ist auch heute noch) erforderlich, neue Testverfahren zur Qualit\u00e4tskontrolle zu entwickeln, da das Molekulargewicht der Alginate, die aus frischen Algen gewonnen wurden, weit h\u00f6her als das von kommerziellen (verunreinigten) Alginaten lag.
\nNeben der Optimierung der in vitro Analyseverfahren wurde eine kontinuierliche \u00dcberpr\u00fcfung der Qualit\u00e4t der Alginatprodukte im Kleintiermodell und von Prof. Dr. A. Thiede und von Frau Prof. Dr. K. Ulrichs im Gro\u00dftiermodell durchgef\u00fchrt. Als Kleintiermodell wurde die BB\/OK Ratte verwandt, da andere St\u00e4mme zu unempfindlich auf Verunreinigungen im Alginat reagieren. Die BB\/OK Ratten verf\u00fcgen \u00fcber ein extrem hochgefahrenes Makrophagensystem, wodurch sie \u00e4u\u00dferst empfindlich auf mitogene Substanzen mit einer fibrotischen Reaktion ansprechen. Die Versuche wurden von Frau Dr. B. Kuttler, Institut f\u00fcr Pathophysiologie, Karlsburg, durchgef\u00fchrt. Nach vierw\u00f6chiger Transplantation unter die Nierenkapsel konnte in den histologischen Schnitten in der Regel keine nennenswerte fibrotische Reaktion nachgewiesen werden, unabh\u00e4ngig vom Ausgangsmaterial. Allerdings zeigte Alginat, das aus chilenischen Algen gewonnen war, bei allen Transplantationsversuchen die besten Eigenschaften.
\nDie Tierversuche zeigten auch, dass bei l\u00e4ngeren Transplantationszeiten neben der chemischen Biokompatibilit\u00e4t auch der Oberfl\u00e4chentopographie der vernetzten Alginatkapseln eine wichtige Rolle zukommt. Rauhe Oberfl\u00e4chen oder feinste Haarrisse in der Kapsel f\u00fchren zu einer immunologischen bzw. fibrotischen Reaktion. Zusammen mit Dr. H. Zimmermann vom Fraunhofer Institut f\u00fcr Biomedizinische Technik, St. Ingbert, konnten Rasterkraftmikroskopie-Verfahren entwickelt werden, die es erstmalig erlauben, routinem\u00e4\u00dfig die Oberfl\u00e4chen von weichen Objekten (wie sie vernetzte Alginatkapseln darstellen) abzutasten und die Prozesse zu studieren, die zu einer Adh\u00e4sion von Zellen und damit zum Ausl\u00f6sen einer immunologischen Reaktion f\u00fchren.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Hillg\u00e4rtner et al. 1999. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 30, 783-792.
\nJork et al. 2000. Applied Microbiology and Biotechnology, 53, 224-229.
\nZimmermann et al. 2000. BioTechniques, 29, 564-572.
\nZimmermann et al. 2001. Biotechnology, 10, 547-571.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die in diesem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass mit dem entwickelten umweltfreundlichen Verfahren unter Verwendung von geeignetem Ausgangsmaterial ein Alginat im halbtechnischen Ma\u00dfstab hergestellt werden kann, aus dem biokompatible, immunisolierte Transplantate mit glatter Oberfl\u00e4che hergestellt werden k\u00f6nnen. Damit d\u00fcrfte eine wichtige Grundvoraussetzung f\u00fcr die Anwendung in der Transplantationsmedizin erf\u00fcllt sein.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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