Forschung | AK Landfester

Gesundheit

Das Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) und die Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz arbeiten im Center for Translational Nanomedicine zusammen, um Wirkstofftransportsysteme in die Klinik zu bringen. Damit wird die Lücke zwischen medizinischem Bedarf und exzellenter Grundlagenforschung geschlossen. Die Nanocarrier-Forschung konzentriert sich darauf, die Verteilung neuartiger Moleküle wie mRNA, siRNA oder bekannter Medikamente im Körper zu verändern, um sie überhaupt nutzbar zu machen oder niedrigere Dosen zu verwenden. Dies führt zu einer höheren Wirksamkeit und/oder geringeren Nebenwirkungen. Klassische pharmazeutische Ansätze sowie neuartige immunmodulatorische Wirkstoffe für die Behandlung von Krebs und (Auto-)Immunkrankheiten wie Rheuma stehen im Mittelpunkt dieser Zusammenarbeit.
Neben dem Verständnis der grundlegenden Hürden, z. B. aufgrund der Wechselwirkung zwischen Nanocarrier und Protein, wollen wir hier pharmazeutische Inhaltsstoffe in einem Standardprozess verwenden, der die Verwendung geschlossener Systeme einschließt, so dass injizierbare Wirkstofftransport-Systeme entstehen. Dieser Weg zielt darauf ab, den Nanoträger-Syntheseprozess zu skalieren und die Nanoträger in präklinischen und klinischen Studien in vivo anzuwenden.

Zielsetzungen:

• Ermittlung des medizinischen Bedarfs anhand von Anwendungen in der klinischen Praxis,
• Übersetzen des medizinischen Bedarfs in eine wissenschaftliche Fragestellung,
• Verstehen der Möglichkeiten und Hindernisse von Nanoträgern in der komplexen biologischen Umgebung von Blutplasma und in ganzen Organismen,
• Entwicklung eines Verfahrens, das pharmazeutische Hilfsstoffe verwendet und in ein GMP-Verfahren (Good Manufacturing Practice) überführt werden kann,
• Entwicklung von Assays zur Prüfung von Nanoträgern während der Produktion und zur Freigabe von Charge zu Charge,
• Durchführung von In-vivo-Studien zur Wirksamkeit und Toxikologie,
• Umwandlung in einen Prozess, der in einem pharmazeutischen oder industriellen Unternehmen durchgeführt werden kann.

Nachhaltigkeit

Die moderne Welt erfordert neue nachhaltige chemische Lösungen zur Bewältigung neuer Herausforderungen. Unsere Abteilung konzentriert sich auf zwei Schlüsselaspekte: nachhaltige Landwirtschaft und lichtgetriebene Reaktionen. Neue Lösungen sind erforderlich, um unsere ständig wachsende Bevölkerung zu ernähren, wobei für eine nachhaltige Landwirtschaft eine symbiotische Beziehung mit der Umwelt erforderlich ist. Insbesondere die Varroa destructor-Milbe ist ein invasiver Schädling, der das Bienensterben verursacht. Herkömmliche insektizide Bekämpfungsmaßnahmen sind für die Bekämpfung dieses invasiven Schädlings ungeeignet. Durch die Überwachung und Manipulation der 3D-Temperatur des Bienenvolkes kann die Vitalität dieses Superorganismus beobachtet und die Fruchtbarkeit der Milbe kontrolliert werden. Zweitens wurden biologisch abbaubare Nanocarrier für die Verabreichung von Fungiziden entwickelt. Hier wurden Nanoträger auf Ligninbasis zur Bekämpfung der Weinrebenkrankheit Esca entwickelt.

Sonnenlicht ist eine reichlich vorhandene und erneuerbare Energiequelle und kann für die Durchführung chemischer Reaktionen genutzt werden. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Herstellung neuer heterogener Photokatalysatoren, die für die Produktion hochwertiger Verbindungen verwendet werden können. Außerdem wurden photokatalytische Materialien für die effiziente Sanierung von Schadstoffen in Abwässern hergestellt.

Synthetische Zellen

Zellen sind biologische Maschinen, die eine enorme Anzahl von Aufgaben präzise und effizient ausführen können. Sie tun dies, indem sie komplizierte Prozesse in funktionalen Modulen von zunehmender Komplexität organisieren, die in weichen Kompartimenten enthalten sind. Diese Erkenntnis hat Wissenschaftler dazu inspiriert, ingenieurwissenschaftliche Prinzipien anzuwenden, um künstliche Zellen mit biologisch inspirierten Bausteinen - natürlichen oder synthetischen - zu bauen. Die Motivation für den Aufbau synthetischer Zellen und Organellen von Grund auf, auch bekannt als Bottom-up-Ansatz, besteht darin, dass wir die volle Kontrolle über die Struktur, die Funktionen und das Verhalten der Zellen, die wir im Labor erzeugen, erhalten. Darüber hinaus ermöglicht uns der Bottom-up-Ansatz zu verstehen, wie Zellen funktionieren, und dieses Wissen zu nutzen, um neue Materialien zu entwickeln, die uns helfen, nachhaltige Lösungen für globale technologische Herausforderungen zu finden. Die Ergebnisse dieser Forschung werden zur Entwicklung effizienter Systeme zur Verabreichung von Arzneimitteln, leistungsfähiger chemischer und biologischer Sensoren, von Systemen zur CO₂-Fixierung und von Bioreaktoren zur Minimierung der Abfallerzeugung oder zur Deaktivierung von Giftstoffen im Wasser verwendet. In unserer Gruppe bauen und entwerfen wir funktionelle Module und zellähnliche Systeme (synthetische Zellen und Organellen) mit Methoden aus der Polymerchemie, der Nanotechnologie, der Biochemie und der Materialwissenschaft.