Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ASA Spezialenzyme GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines bioprozesstechnisches Herstellungsverfahren für Membranen aus Kollagen als Ausgangsprodukt, das es erlaubt, bekannte Anwendungen im Kernbereich 'Kollagenmassen' in der Lebensmittelindustrie zu substituieren und neue Anwendungsbereiche außerhalb der Lebensmittelindustrie zu realisieren. Dabei sollen erstmalig Enzyme eingesetzt werden, die die Kollagenmakrofibrillen der 'Länge nach' auffasern sollen, um die Mikrofibrillen freizulegen. Weiterhin sollen in einem zusätzlichen enzymatischen Schritt diese Fibrillen-Fasern wie ein gewebter Teppich miteinander längs und quer verknüpft werden. Zunächst sollen bereits verfügbare technische Enzympräparate wie Cellulasen, beta-Glucanasen und Hemicellulasen getestet werden, ob sie Enzymaktivitäten zur Spaltung von Allysinaldol sowie Proteoglykanen enthalten. Parallel hierzu wird ein Screening nach neuen Mikroorganismen mit den gewünschten Enzymeigenschaften durchgeführt. Die Enzyme mit den gesuchten Eigenschaften werden sequenziert und kloniert. Für die effektivsten Kollagen-zerfasernden Enzyme wird ein Produktionsverfahren entwickelt. Abschließend wird das Verfahren zur kontrollierten enzymatischen Vernetzung von Kollageneinzelfasern erarbeitet und ein Scale-up vorgenommen.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Naturin Viscofan GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines bioprozesstechnisches Herstellungsverfahren für Membranen aus Kollagen als Ausgangsprodukt, das es erlaubt, bekannte Anwendungen im Kernbereich 'Kollagenmassen' in der Lebensmittelindustrie zu substituieren und neue Anwendungsbereiche außerhalb der Lebensmittelindustrie zu realisieren. Dabei sollen erstmalig Enzyme eingesetzt werden, die die Kollagenmakrofibrillen der 'Länge nach' auffasern sollen, um die Mikrofibrillen freizulegen. Weiterhin sollen in einem zusätzlichen enzymatischen Schritt diese Fibrillen-Fasern wie ein gewebter Teppich miteinander längs und quer verknüpft werden. Das neue Verfahrenskonzept soll die Erschließung neuer Anwendungsfelder aufgrund der bereits bekannten und neuen Materialeigenschaften ermöglichen. Zunächst soll eine Analysemethode erarbeitet werden mit der Kollagenmassen hinsichtlich Ihrer Faserstruktur charakterisiert werden können. Durch eine Kombination einer enzymatischen Behandlung, vorzugsweise mit kollagenzerfasernden Enzymen, und einem mechanischen Verfahren mit zerfasernden Wirkung sollen Massen herstellt werden, die bei gleicher Faserlänge eine Dimensionsreduktion in der Faserdicke aufweisen. Damit werden Wursthüllen mit neuen Eigenschaften produziert.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Mannheim, Fakultät für Verfahrens- und Chemietechnik, Institut für Biologische Verfahrenstechnik durchgeführt. Ziel ist es, innerhalb von drei Jahren Projektlaufzeit ein neues, bioprozesstechnisches Herstellungsverfahren für Membranen aus Kollagen entwickelt zu haben, das es erlaubt, bekannte Anwendungen im Kernbereich Kollagenmassen in der Lebensmittelindustrie zu substituieren und neue Anwendungsbereiche außerhalb der Lebensmittelindustrie zu realisieren. Dabei sollen mit Hilfe von Enzymen die Kollagenfaserbündel der Länge nach aufgefasert werden, um mit den freigelegten Makrofibrillen und Fasern dünnere, materialsparende Membranen erzeugen zu können.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Chemische Vernetzung von löslichem Kollagen zu stabilen Mikrostrukturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Verein zur Förderung agrar- und stadtökologischer Projekte (ASP) e. V. - Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte durchgeführt. Chemische Vernetzung von löslichem Kollagen zu stabilen Mikrostrukturen, die das Potenzial aufweisen, entzündungslindernd bzw. entzündungshemmend zu wirken. Zunächst soll eine reproduzierbare Methodik für die Gewinnung und Charakterisierung hinreichender Kollagenqualitäten (lösliches und unlösliches Kollagen) optimiert und festgelegt werden. Bei diesen Aufgaben kooperiert das IASP mit den Firmen GfN Herstellung v. Naturextrakten GmbH und Lipromar GmbH. Nach Sicherung der Rohstoff-Basis beginnen die Projektpartner IASP und das Fraunhofer IAP das Auswahlverfahren für wirksames, stabiles, mikrostrukturiertes Kollagen. Zur Mikrostrukturierung wird vom IASP die Bottom-up-Methode eingesetzt. Aus löslichem Kollagen sind ohne Denaturierung definierte Mikrostrukturen zu präparieren. Hier sind unterschiedliche Methoden einer chemischen Vernetzung anzuwenden. Als Vernetzungsmittel kommen insbesondere Retinal bzw. Reagenzien, die mit der 'Produktkette' des Zitronensäure-Zyklus kompatibel sind, zum Einsatz. Die Wirksamkeit der hergestellten Mikrostrukturen bei der Linderung von Entzündungen wird an einem etablierten Schleimhautmodell von dem dritten Projektpartner, der FU Berlin, getestet. Darauf basierend werden geeignete, mikronisierte Kollagen-Muster ausgewählt und in stabile, wässrige Formulierungen integriert. Ein Teil des mikrostrukturierten Kollagens wird in Magensaft-resistente Mikrokapseln eingeschlossen. Die Formulierungen bilden die Basis für eine Produktgestaltung.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Mechanische Zerkleinerung und Formulierung von reifem Kollagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung durchgeführt. Im Projektverlauf soll zunächst eine reproduzierbare Methodik für die Gewinnung hinreichender Kollagen-Qualitäten (lösliches und unlösliches Kollagen) aus dem Rohstoffangebot erarbeitet und in möglichst einfache Analysetechniken für die Erfassung der Kollagenqualitäten optimiert und festgelegt werden. Bei diesen Aufgaben kooperiert das IASP mit den Firmen GfN Herstellung von Naturextrakten GmbH und Lipromar GmbH. Nach der Sicherung der Rohstoff-Basis beginnt das Auswahlverfahren für wirksames, stabiles, mikrostrukturiertes Kollagen. In diesem Verfahren werden die Top-down-Methode vom IAP und die Bottom-up-Strategie vom Projektpartner IASP eingesetzt. Das IAP hat vor, reifes und somit unlösliches Kollagen schonend mit energieintensiven Methoden der Nassdispergierung bis in den Submikronbereich hinein zu zerkleinern. Eingesetzt werden dafür Hochdruck-Homogenisatoren, Ultraschallstäbe und Ultraturrax, jeweils allein und in 2er- bzw. 3er-Kombination. Dieser Versuchsplan soll dazu dienen, per Top-down-Prinzip definierte Mikrostrukturen zu präparieren. Die Wirksamkeit der hergestellten Mikrostrukturen bei der Linderung von Entzündungen wird an einem etablierten Schleimhautmodell von dem dritten Projektpartner, der FU Berlin, getestet. Darauf basierend werden geeignete, mikronisierte Kollagen-Muster ausgewählt. Bei diesen Arbeiten wird das IASP mitwirken. In der Folge werden gemeinsame Anstrengungen darauf ausgerichtet sein, mikronisiertes Kollagen in stabile, wässrige Formulierungen zu integrieren. Diese Formulierungen bilden die Basis für eine Produktgestaltung. Ein Teil des mikrostrukturiertem Kollagens wird im IAP in Magensaft-resistente Mikrokapseln eingeschlossen. Das IASP wird auch hier ausgewählte Aufgaben übernehmen. Die Stabilität der wässrigen Formulierungen wird nach einem festen Turnus überprüft. Die Anwendungsresultate werden letztlich den zu favorisierenden Weg der Mikrostrukturierung ausweisen.
Das Projekt "Behandlung chromhaltiger Rueckstaende aus der Hydrolyse von Reststoffen der Chromlederproduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsinstitut für Leder- und Kunstledertechnologie durchgeführt. Eine wichtige Form der Abfallverwertung von Lederresten ist die Gewinnung von Eweisshydrolysaten (Kollagenhydrolysat). Im Ergebnis dieser Verwertung entsteht neben dem Hydrolysat ein proteinreicher Chromschlamm mit unzureichenden Entsorgungsmoeglichkeiten. Das Projekt zeigt verschiedene Wege zur Aufbereitung bzw. Vermeidung dieses Abfalls.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Untersuchungen zur antiinflammatorischen Wirkung von mikronisiertem Kollagen an oralen Schleimhautmodellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie Universität Berlin, Institut für Pharmazie, Arbeitsgruppe Pharmakologie und Toxikologie durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Charakterisierung der antiinflammatorischen Wirkung von Formulierungen aus mikronisiertem Kollagen zur Linderung von Entzündungen im Mund- und Rachenraum. Von der FU Berlin werden Formulierungen von mikronisiertem Kollagen bezüglich ihres entzündungslindernden bzw. entzündungshemmenden Potentials an einem etablierten dreidimensionalen in vitro Modell der oralen Schleimhaut charakterisiert. Zunächst gilt es eine geeignete Methode zur Überprüfung der Wirksamkeit der kollagenen Mikrostrukturen an den Schleimhautmodellen zu etablieren. Die Modelle werden initial mit dem Entzündungsmediator Tumornekrosefaktor vorbehandelt um eine entzündliche Reaktion im Gewebe zu induzieren. Nach Zugabe der Kollagene erfolgt anschließend die Bestimmung wichtiger Entzündungsmarker wie Zytokine, Chemokine, Matrix-Metalloproteasen sowie Cyclooxygenasen. Weiterhin werden die Schleimhautmodelle histologisch und morphologisch näher untersucht. Als vergleichende Kontrolle für eine antiinflammatorische Wirkung dienen mit topischen Glucocorticoiden behandelte Modelle. Die kollagenen Mikrostrukturen werden von den Projektpartnern IASP und Fraunhofer IAP hergestellt und die Formulierungen von beiden Projektpartnern fortlaufend optimiert. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen an den Schleimhautmodellen zur antiinflammatorischen Wirkung bestimmen insbesondere das weitere Vorgehen bei der Produktentwicklung durch das IASP und das Fraunhofer IAP.
Das Projekt "Nanosilberpartikel - Wirkmechanismen und Untersuchungen ihrer möglichen Interaktionen mit Geweben, Zellen und Molekülen; Definition ihres relevanten Unverträglichkeitspotentials" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von aap Biomaterials GmbH durchgeführt. Erarbeitung von Modellsubstanzen mit NanoAg, Erarbeitung von Methoden zur Quantifizierung der freigesetzten Silberspezies (Ionisch, element.), Bestimmung der antimikrob. Wirksamkeit und Zytotoxizität der Silberspezies, Methodenvergleich, Ermittlung von Resistenzen und VBNC-Zuständen, in-vivo Studien zur Effizienz und Toxizität von NanoAg-Materialien. Erarbeitung einer Datenbasis zur Abschätzung des Risikopotentials und Biokompatibilität von Nanosilberhaltigen Materialien. Erarbeitung von nanosilberhaltigen Modellmaterialien: (1) nanosilberbeschichtung von Titan in Kombination mit HA und PMMA, Charakterisierung mit REM-EDX, XPS, Ermittlung von nanosilberhaltigem Abrieb und Freisetzungsuntersuchungen, Beschichtung von Prüfkörpern für die Versuche der Kooperationspartner, mittels PEO, DIP-coating. (2) Entwicklung von NanoAg-haltigem Alginat/Kollagen zur schnellen Freisetzung, Herstellung von Prüfkörpern. Bestimmung der antiinfektiven Wirksamkeit unterschiedlicher Modellsysteme unter Verwendung von Proliferationstest und Ermittlung der MIC, Vergleich der Ergebnisse mit Testsystemen der Partner, Bestimmugn der Zytotoxizität von nanoAg- Materialien auf Zellinien, Durchführung von Tierversuchen zur Toxizität und Effizienz; Vergleich in-vitro und in-vivo
Das Projekt "Mikrostrukturelle Aufklärung und galenische Weiterentwicklung bioabbaubarer Arzneistoffträger auf Basis von Kollagen mit Hilfe mathematischer Modellierung und numerischer Simulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Pharmazeutische Biologie, Department Pharmazie Zentrum für Pharmaforschung durchgeführt. Arzneistoffträger auf Basis von Kollagen bieten aufgrund der Interaktionen mit Zellen und des positiven Einflusses auf die Geweberegeneration Vorteile gegenüber synthetischen Polymersystemen. Das Verständnis um Möglichkeiten zur Steuerung der Wirkstofffreigabe ist noch begrenzt. Zwei Prozesse, welche durch Modifikation des Trägermaterials wie z.B. Vernetzung gesteuert werden können, spielen eine entscheidende Rolle: Die Quellung des hydrophilen Polymers und dessen enzymatischer Abbau. Im Forschungsvorhaben sollen diese auf mikrostruktureller Ebene charakterisiert, mathematisch beschrieben und zur numerischen Simulation in zwei Raumdimensionen erforderliche Parameter bestimmt werden. Bei der Modellierung werden auf mikroskopischer Ebene Erhaltungsgesetze formuliert. Durch einen Mittelungsprozess unter Einbeziehung heuristischer Ansätze wird ein Übergang auf die Makroskala vollzogen. Der Degradationsprozess wird anschließend mit dem bereits in eigenen Vorarbeiten untersuchten Quellungsvorhang gekoppelt. Parallel werden die experimentellen Untersuchungen zur Wirkstofffreigabe durchgeführt. Die abschließende mehrdimensionale Simulation soll eine gezielte Einstellung der Matrixeigenschaften und -form zur Optimierung einer lokalen Arzneistofftherapie ermöglichen.
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