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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-09-01 - 2021-08-31

Seit dem durch das neuartige Coronavirus (SARS-CoV-2) verursachten COVID-19-Ausbruch besteht die unmittelbare Notwendigkeit, seine Ausbreitung zu kontrollieren, insbesondere durch die Entwicklung einer wirksamen Impfung. Anders als bei den meisten untersuchten Impfstoffentwicklungen schlagen wir die Herstellung von S-Layer-coronavirus-Spike-Protein-Fusionsproteinen zur Verwendung als immunogene Zusammensetzung für eine intranasale und orale Applikation vor. Die wissenschaftlichen Grundlagen für derartige Proteinmaterialien wurden vor Jahrzehnten in unserer Abteilung entwickelt und intensiv erforscht - jedoch nicht mit der COVID-bezogenen Proteinfunktionalisierung. Unser Ziel in dieser strategischen Partnerschaft mit AVALON Globalcare ist es, eine Immunisierungsstrategie zu entwickeln, die nicht unbedingt zu einem vollständigen Schutz gegen COVID-19-Infektionen führt, aber zumindest vorübergehend eine Immunisierung erreicht, oder zumindes bestärkt wird. Das immunologische Know-how des Partners AVALON GloboCare, USA, und der BOKU werden im Projekt vereinigt und diese neue Strategie beforscht. In dieser Zusammenarbeit wollen wir eine ausreichende Immunisierung (Immunstimulation) induzieren, um die Entwicklung eines schweren COVID-19 Krankheitsverlaufes zu verhindern, das häufig von organschädigenden Prozessen begleitet wird. Der endgültige Impfstoff wird an der BOKU auf Laborebene untersucht. Der industrielle und kommerzielle Anteil des Projektes liegt in der Hand von AVALON GloboCare. Wir gehen davon aus, dass die Entwicklung eines Schleimhautimpfstoffs (für die intranasale und orale Anwendung) an der BOKU weniger anspruchsvoll sein wird als die Herstellung von Impfstoffen für die intramuskuläre oder subkutane Anwendung. Ein solcher Schleimhaut-durchdringender Impfstoff stellt mit vielen Aspekten einen für uns ausgesprochen interessanten, wissenschaftlichen Aspekt dar.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2019-01-01 - 2021-12-31

Kohlenstoffröhren (engl. carbon nanotubes (CNTs)) sind zylinderförmige Nanostrukturen, die rein aus Kohlenstoffatomen aufgebaut sind. Auf Grund ihrer herausragenden mechanischen und elektrischen Eigenschaften, sowie thermischen Leitfähigkeit, werden CNTs bereits als Zusätze in neuen Werkstoffen eingesetzt. CNTs wurden in letzter Zeit aber auch für Anwendungen in der Medizin näher betrachtet, da sie auf Grund ihres geringen Durchmessers Zellen und Gewebe durchdringen können. Nachdem CNTs chemisch inert sind und sich z.B. in Wasser nicht lösen, muss ihre Oberfläche chemisch oder durch Binden von Biomolekülen angepasst werden, um so mit weiteren Molekülen beladen zu werden oder mit ihrer Umgebung in Wechselwirkung treten zu können. Dazu werden bevorzugt Proteine verwendet, da diese meistens gut biokompatibel sind und funktionelle Gruppen zum weiteren Binden anbieten. Aber, die Proteine - und somit deren funktionelle Gruppen - sind auf der CNT-Oberfläche meist nur unregelmäßig und auch nicht dicht gebunden. Eine Alternative zur Funktionalisierung von CNTs mit – zudem geschlossenen und hoch geordneten - Proteinschichten bieten S-Schichtproteine (engl. surface layer - Oberflächenschicht), die bereits seit langem zum Modifizieren von Oberflächen in der Nanobiotechnologie eingesetzt werden. S-Schichtproteine umschließen bei vielen Bakterienstämmen und bei allen Archaeen die Zellen vollständig und können als eine der häufigsten Biopolymere der Erde angesehen werden. S-Schichten zeigen Gitterparameter im Nanometerbereich, wobei sich auf Grund ihrer Struktur chemisch funktionelle Gruppen und genetisch eingebrachte funktionelle Domänen an streng definierten Positionen und in gleicher Orientierung wiederholen. Eine wesentliche Eigenschaft von S-Schichtproteinen liegt aber in ihrer Fähigkeit, von selbst wieder zweidimensionale Gitter in Lösung und an Grenzflächen, wie z.B. an festen Trägern, auszubilden. Das Projektziel liegt in der Erforschung der Rekristallisation von S-Schichtproteinen auf Kohlenstoffröhren und in der Anwendung der Erkenntnisse zur Herstellung neuartiger Materialien, wie z.B. für die Biosensorik. Der Schlüssel dazu liegt in den Eigenschaften der S-Schichtproteine selbst, die eine hochspezifische Funktionalisierung der CNT Oberfläche erlauben. Im weiteren sollen neuartige Hybridstrukturen, wie z.B. Container zum Transport von Wirkstoffen, auf der Grundlage der Biomineralisation an S-Schichten entwickelt werden. Weiters sollen metallische Nanopartikel in den Poren der S-Schicht, also direkt auf dem Kohlenstoffgitter, abgelagert und somit die elektronischen Eigenschaften der „ein-dimensionalen“ Kohlenstoffröhren direkt beeinflusst werden. Diese Beispiele eines Bausatzes aus S-Schicht und Kohlenstoffröhren zeigen, dass dieses Projektes zu einer neuen Technologie zur biologischen Funktionalisierung von Kohlenstoffröhren führen kann.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-09-01 - 2022-08-31

Breiterer Forschungskontext / theoretischer Rahmen: Cholesterin spielt eine entscheidende Rolle bei den wichtigsten kardiovaskulären und neurodegenerativen Erkrankungen, einschließlich einiger seltener genetischer Störungen, die einen veränderten Cholesterinstoffwechsel zeigen, wie z.B. Niemann-Pick Typ C. Cyclodextrine (CDs) haben aufgrund ihrer Fähigkeit, Cholesterin zu sequestrieren und zu mobilisieren, eine vielversprechende therapeutische Wirksamkeit gezeigt. Die Verabreichung von monomeren CDs leidet jedoch aufgrund ihrer mangelnden Spezifität und ihrer schlechten Pharmakokinetik unter mehreren Nachteilen. Hypothesen / Forschungsfragen / Ziele: Die Funktionalisierung von CDs auf SPIONs könnte eine attraktive theranostische Plattform darstellen, um die Freisetzung des cholesterinspaltenden Makrozyklus zu verbessern und so eine verbesserte Therapie neurodegenerativer Erkrankungen zu ermöglichen. Wir stellen die Hypothese auf, dass CD-basierte, pH-reaktive Eisenoxidnanopartikel (SPIONs) durch einen Prozess der rezeptorvermittelten Akkumulation CDs spezifisch in das Lysosom freisetzen, wo die Cholesterin-Mopping-Aktivität am meisten benötigt wird. Ansatz/Methoden: Monodisperse biokompatible SPIONs werden mit Dimercaptobernsteinsäure für lysosomales Targeting und durch pH-spaltbare Chemie mit CDs modifiziert. Ersteres gewährleistet eine hohe Cholesterinkonzentration am Ort der gewünschten Wirkung; letzteres gewährleistet die Freisetzung des Therapeutikums nur am Wirkort.

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