Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Leuchtende Liposomen ersetzen Tierversuche

14.01.2013
ETH-Forscher haben eine Methode zum Patent angemeldet, mit der sie die biologische Aktivität eines der stärksten Giftstoffe, dem Botulinum-Neurotoxin, testen können. Setzt sich das Verfahren durch, könnte es jährlich einer halben Million Mäusen das Leben retten.

Das Botulinum-Neurotoxin (BoNT) ist eines der stärksten bekannten Gifte. Produziert wird es vom Bakterium Clostridium botulinum. BoNT hemmt die Signalübertragung von Nervenenden zu den Muskeln, was zu Lähmungen bis hin zum Atemstillstand führt. Ein Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht reicht, um einen Erwachsenen zu töten.

BoNT ist berüchtigt als Lebensmittelgift, zum Beispiel bei ungenügend sterilisiertem, eingemachtem Gemüse. Botulinum-Neurotoxin hat aber auch Vorzüge. So werden damit Dutzende von chronischen Leiden und Gebrechen behandelt, darunter nervlich bedingte Fehlhaltungen wie der Schiefhals, Schielen, Migräne oder der Tennisarm. Seit den 1990er Jahren braucht auch die Kosmetikindustrie das Gift im grossen Stil unter dem Namen Botox, um Falten im Gesicht zu glätten.

Der Einsatz von BoNT ist allerdings ein Spiel mit dem Feuer. Das Toxin ist ein Naturprodukt und wird nicht in konstanter Konzentration produziert. Zulassungsbehörden verlangen deshalb, dass jede Charge eines BoNT-haltigen Therapeutikums mit dem Maus-LD50-Test auf seine Toxizität getestet wird. Damit wird bestimmt, bei welcher Dosis die Hälfte der Tiere stirbt. Für solche Routinetests in der Pharmaindustrie müssen in der EU und den USA jährlich über eine halbe Million Mäuse ihr Leben lassen.

Stärker leuchten, bedeutet höhere Konzentration
Ein neues, von ETH-Forscher Oliver Weingart in Zusammenarbeit mit dem Labor Spiez entwickeltes Testsystem könnte nun diese Mäuseleben retten. Das System ist das Erste, das ohne Versuchstiere oder lebende Zellen auskommt, denn es misst die toxische Aktivität des Nervengifts mithilfe von künstlich hergestellten Lipidmembran-Bläschen, so genannten Liposomen. So hat der Forscher am Labor für Lebensmittelmikrobiologie winzige, von einer Lipid-Doppelmembran umgebene Bläschen hergestellt, die den Enden von Nervenzellen nachempfunden sind. In die Membran eingebettet sind spezifische Nervenzellrezeptoren, an welche das Botulinum-Neurotoxin nach dem Schloss-Schlüssel-Prinzip bindet. Indem die umgebende Flüssigkeit angesäuert wird, verändert sich die Struktur des Toxins, sodass ein Teil von ihm in das Liposom eingeschleust wird. Dort entfaltet das Toxin eine weitere Aktivität und zerkleinert ein im Bläschen enthaltenes Protein, das nach der Spaltung zu leuchten beginnt. Diese Fluoreszenz ist direkt an die BoNT-Konzentration gekoppelt: Je stärker die Liposomen leuchten, desto höher ist die Konzentration des Giftes.
Günstig, einfach und präziser
Das Verfahren hat handfeste Vorteile. «Die Liposomen lassen sich günstig produzieren, und für das Handling braucht es keine spezielle Schulung des Personals», sagt Weingart. Zudem liegt bei Mäusen die Nachweisgrenze von Botuli-num-Neurotoxin bei etwa 10 Pikogramm. Das Ziel ist, dass sich mithilfe der Liposomen weniger als ein Pikogramm des Giftes - den billionstel Teil eines Gramms - feststellen lassen könnte. Schon nach ein bis drei Stunden erzeugt das Testsystem eine messbare Fluoreszenz. Das endgültige Resultat des Tests ist nach weniger als 24 Stunden erhältlich, bei Mäusen dauert es mindestens ein bis vier Tage. «Wir haben gesehen, dass die Idee umsetzbar ist», sagt Martin Loessner, Professor für Lebensmittelmikrobiologie. Die Forscher haben deshalb begonnen, die Testanordnung zu standardisieren. Dabei geht es auch darum, die Liposomen zu verbessern, damit verlässlichere Messungen möglich werden.

Zum Patent angemeldet
An den Forschungsarbeiten beteiligt sind eine deutsche Forschungsgruppe an der Medizinischen Hochschule Hannover, die Firma miprolab GmbH in Göttingen sowie das Labor Spiez, wo Weingart dieses Projekt als ETH-Doktorand begonnen hatte. Die Forscher haben nun zusammen mit dem Bundesamt für Bevölkerungsschutz, dem das Labor Spiez angegliedert ist, ihr neues Testsystem weltweit zum Patent angemeldet. Das Projekt wird momentan weitgehend über ein Stipendium der «Stiftung Forschung 3R» an Weingart finanziert. Die Stiftung hat sich die Verminderung, Vermeidung und Verbesserung von Tierversuchen auf die Fahne geschrieben und wird unterhalten vom Tierschutz und der Pharmaindustrie.

Bis anhin haben sich die Forscher auf die Bedürfnisse der Pharmaindustrie konzentriert. Martin Loessner und Oliver Weingart können sich aber auch vor-stellen, das Testsystem für andere Anwendungen auszubauen. Es wäre denkbar, eine vergleichbare Testanordnung für Trinkwasser oder Lebensmittel zu entwickeln, um Neurotoxine aufzuspüren.

Weitere Informationen

ETH Zürich
Dr. Oliver Gerhard Weingart
Labor für Lebensmittelmikrobiologie
Telefon: +41 44 632 33 63
oliver.weingart@hest.ethz.ch

Franziska Schmid | idw
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch
http://www.ethlife.ethz.ch/archive_articles/130114_BoNT-Test_per/index
http://www.forschung3r.ch/de/projects/pr_125_11.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics