Das Projekt "Optimierung der BETA-Membran" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universitätsklinikum Würzburg, Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe der Medizin und der Zahnheilkunde durchgeführt. Der Ersatz von Tierversuchen erfordert in vitro-Tests und Methoden, die klinisch relevante Ergebnisse liefern, d.h. Vorhersagen für den Menschen erlauben. Im Rahmen dieses Projekts soll eine klinisch validierte, in silico (Computer-) unterstützte, zellbasierte in vitro Methode zur Bestimmung der Pharmakokinetik (PK) von inhalierten Wirkstoffen im Menschen als Ersatz für Tierversuche entwickelt werden. Dafür wird eine neuartige, ultra-dünne, hoch-poröse BETA Membran eingesetzt, auf der patientennahe Zellkulturmodelle der Epithelbarriere der Lunge unter biomimetischen Bedingungen in einer Mini-Lunge (BETA/CIVIC) kultiviert werden. Im Unterschied zu bisherigen Methoden zur in vitro PK Messungen, können hier wichtige Determinanten für den Wirkstofftransport aus der Lunge ins Blut mit berücksichtigt werden. Zu diesen gehören, hohe Elastizität der Membran ('Lunge ist elastisch'), die aerosolisierte Applikation des Wirkstoffs direkt auf das Zellmodel (wie in Inhalationstherapie), die Perfusion von Medium ('Blutzirkulation') und die atmungs-induzierte, zyklische Dehnung des Lungengewebes ('atmende Lunge'). Das UKW Teilprojekt fokussiert sich hierbei auf die Herstellung der Membran, deren Eigenschaftsoptimierung vor allem Hinsichtlich der Primärzellkultur und den Transfer der Membranherstellung zu Projektpartner HMGU.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Universitätsklinikum Aachen, Klinik für Anästhesiologie durchgeführt. Vorhabenziel: In diesem Vorhaben soll ein voll automatisierter Teststand (Mock Loop) als Ersatzmethode für Tierversuche entwickelt werden. Mit diesem künstlichen Kreislauf soll die Langzeit-Biokompatibilitätstestung extrakorporaler Lungenassistenzsysteme (ECLAs) ermöglicht, sowie ein verlängerter Funktionserhalt zur Transplantation vorgesehener Organe erreicht werden. Experimentelle Ansätze zur Langzeittestung auf diesen Gebieten basieren ausschließlich auf in vivo Modellen in Großtieren (Schweine / Schafe). Etablierte in vitro Modelle sind auf wenige Stunden begrenzt und verwenden häufig Blutersatzlösungen. Beides limitiert die klinische Relevanz und Übertragbarkeit. Trotz stetiger Verbesserungen auf beiden Forschungsgebieten muss eine hohe klinische Komplikationsrate bei ECLA Anwendung, sowie ein Mangel an hochwertigen Spenderorganen konstatiert werden. Die Entwicklung dauerhaft biokompatibler ECLAs, sowie die stetige Qualitätssteigerung von Spenderorganen sind somit zwingend erforderlich und der Bedarf an Versuchsmodellen zur Langzeittestung neuer Technologien wird wachsen. Die Kliniken für Anästhesiologie, Thorax-, Herz-, und Gefäßchirurgie, sowie das Institut für Versuchstierkunde und der Lehrstuhl Informatik 11 der RWTH Aachen streben die Entwicklung eines vollautomatisierten Mock Loops an, der die in vitro Perfusion eines ECLA Systems oder eines Spenderorgans mit Vollblut über mehrere Tage ermöglicht. Diese Experimental-Plattform ersetzt Tierversuche (TV) auf beiden Forschungsgebieten (Replace) und ermöglicht die gezielte Analyse relevanter pathophysiologischer Vorgänge (Gerinnungs-, Thrombozyten-, Leukozytenaktivierung), sowie daraus resultierende Komplikationen (Blutgerinnsel-Bildung, Entzündungsreaktion, Organschädigung) ohne erforderlichen TV (Reduce). In strikter Umsetzung des 3R Konzepts, werden für den Aufbau und die Etablierung des automatisierten Teststandes keine zusätzlichen Tiere für dieses Projekt beantragt, sondern das Blut und die Organe ohnehin verwendeter Versuchstiere genutzt (Refine).
Das Projekt "Dynamik und Nährstoffflüsse im Xylemsaft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-2: Pflanzenwissenschaften durchgeführt. Die Interaktion von Wasser- und Nährstoffflüssen im Xylem wird untersucht. Hierfür werden simultan Raten der Nährstoffaufnahme in der Wurzel und des Nährstofftransport in den Sproß in intakten Pflanzen bei unterschiedlichen Transpirationsraten bestimmt. Einflüsse der Flußrate auf den lateralen Austausch von Nährstoffen werden in intakten Pflanzen und in perfundierten Stammstücken analysiert und modelliert. In enger Kooperation mit anderen Gruppen im Schwerpunktprogramm werden einzelne Aspekte der Interaktion näher charakterisiert. Die anatomische Untersuchung der Architektur der Leitbahnen zur Identifizierung möglicher Schlüsselstellen ergänzt funktionelle Analysen des lateralen Austauschs von Nährstoffen und von Wasserfluß und Druckverhältnissen entlang des Stamms. Analysen der Abhängigkeit des pH-Werts im Xylem vom CO2-Partialdruck im Leitbündelbereich werden durchgeführt. Die Interaktion von lokalen Transpirationsraten und dem Nährstofftransport im Blatt wird untersucht.
Das Projekt "Integration und Applikation des Systems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH, Institut für Lungenbiologie (LiBD), Translationszentrum für Lungenforschung (CPC) durchgeführt. Der Ersatz von Tierversuchen erfordert in vitro-Tests und Methoden, die klinisch relevante Ergebnisse liefern, d.h. Vorhersagen für den Menschen erlauben. Im Rahmen dieses Projekts soll eine klinisch validierte, in silico (Computer-) unterstützte, zellbasierte in vitro Methode zur Bestimmung der Pharmakokinetik (PK) von inhalierten Wirkstoffen im Menschen als Ersatz für Tierversuche entwickelt werden. Dafür wird eine neuartige, ultra-dünne, hoch-poröse BETA Membran eingesetzt, auf der patientennahe Zellkulturmodelle der Epithelbarriere der Lunge unter biomimetischen Bedingungen in einer Mini-Lunge (BETA/CIVIC) kultiviert werden. Im Unterschied zu bisherigen Methoden zur in vitro PK Messungen, können hier wichtige Determinanten für den Wirkstofftransport aus der Lunge ins Blut mit berücksichtigt werden. Zu diesen gehören, hohe Elastizität der Membran ('Lunge ist elastisch'), die aerosolisierte Applikation des Wirkstoffs direkt auf das Zellmodel (wie in Inhalationstherapie), die Perfusion von Medium ('Blutzirkulation') und die atmungs-induzierte, zyklische Dehnung des Lungengewebes ('atmende Lunge'). Im Rahmen des HMGU Teilprojekts werden dafür Zellkulturmodelle des Lungenepithels auf der BETA Membran etabliert, wobei diese Modelle aus Epithel- und Endothelzelllinien bestehen, die aus dem bronchialen und alveolären Bereich der Lunge stammen. Mit diesen in vitro Modellen können die Transportraten von inhalierten Wirkstoffen aus der Lunge ins Blut gemessen werden. Verknüpft man diese Werte mit bereits am Markt etablierten in silico PK Modellen, kann man den klinisch zu erwartenden Verlauf der Wirkstoffkonzentration im Blut ('PK Profil') vorhersagen. Durch Verwendung von klinisch bereits eingesetzten Wirkstoffen wird diese in vitro/in silico Methode anhand von klinischen Daten optimiert und validiert. Es ist davon auszugehen, dass mit dieser Methode bis zu 3730 Tiere pro Jahr im Bereich Wirkstoffentwicklung eingespart werden können.
Das Projekt "Mikroskopische und makroskopische Tracer-Analyse der Ionenaufnahme und des Ionentransports im Apoplasten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Biologische Informationsverarbeitung durchgeführt. Verschiedene Nährelemente, insbesondere Mg, K, Ca und Cl sollen I. auf ihrem Weg in den Apoplasten der Wurzel, II. während des Ferntransportes im Xylem und III. im Apoplasten des Blattes mit stabilen Isotopen als Tracer verfolgt werden. Hierzu sollen die in der bisherigen Förderung im SPP (weiter-)entwickelten makroskopischen und mikroskopischen analytischen Methoden1 auf aktuelle Fragen der Speicher- und Transportfunktionen im Apoplasten angewandt werden. In der dritten Förderperiode des SPP sollen die laufenden Projekte auf die wichtigsten und aussichtsreichsten Projekte und Kooperationen konzentriert werden.I. In der Wurzel soll weiterhin die Rolle der verschiedenen Zelltypen, der Exodermis und der Endodermis sowie der Anteil der strukturell unterscheidbaren Entwicklungszonen an der Ionenaufnahme in Abhängigkeit der wichtigsten Parameter (Transpiration, Al, etc.) quantitativ untersucht werden. Diffussionsbarrieren, Diffussionsgeschwindigkeiten sowie die Speicherfähigkeit der Ionenpools und deren Austauschkinetiken sollen auf Organ-, Gewebe- und Zellebene im Apoplasten von Wurzel, Sproßachse und Blättern (Nadeln) gemessen werden. Die Applikation der Tracer erfolgt über die Wurzel oder durch gezielte Mikroinjektion mittels Mikropipetten.II. Xylem: Stabile Isotope sollen als Tracer nach gezielter Injektion, Beladung über Infusion oder durch Perfusion verwendet werden, um Aufschlüsse über die Beladung, den Ferntransport und die Entladung des Xylems zu erhalten. Dazu sollen nach erfolgter Applikation die Tracer mit bildgebender SIMS im Gewebe dargestellt werden.III. Im Blatt soll die Untersuchung der ionalen Zusammensetzung des Apoplasten abgeschlossen werden.
Das Projekt "Bilanz der Verteilung und Umwandlung von Umweltchemikalien in Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Strahlen- und Umweltforschung, Institut für Ökologische Chemie durchgeführt. Versuche mit perfundierter Rattenleber und mikrosomalen Systemen von verschiedenen Wirbeltierspezies an Perchlorbutadien zum Vergleich mit Ganztierversuchen. Fortsetzung der Untersuchungen ueber den Einfluss von Umweltchemikalien (Trichloraethylen, chlorierte Aniline und Phenole, Tribunil, Toxaphenkomponenten u.a.) auf Enzymaktivitaeten des Auges, Untersuchung der Membranpermeabilitaet der Linsenkapsel. Fortsetzung von Versuchen mit P-Cl-Anilin und 3,4-Dichloranilin und Bodenmikroorganismen. Umwandlung von Tribunil durch Bodenmikroorganismen. Vergleichende Untersuchung der Umwandlung von Aldrin, Endo- und Exodieldrin durch Bodenmikroorganismen zur Aufstellung von Struktur-Abbaubarkeitsbeziehungen.
Das Projekt "Pulmonary Inflammation and Systematic Effects due to Ambient Particulates" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IUF - Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung GmbH durchgeführt. Epidemiologische Studien haben gezeigt, dass die Exposition gegenüber Umweltstäuben die Erkrankungs- und Sterberate erhöht. Derzeitige Hypothesen gehen davon aus, dass diese Partikel eine entzündliche Antwort induzieren. Dies geschieht zum Beispiel in Form eines Einstroms von Neutrophilen (PMNs) in die Lunge und beeinträchtigt systemische Mechanismen wie die Blutgerinnung. Ziel der vorliegenden Studie ist die Untersuchung der Effekte nach Instillation von Umweltstäuben auf a) die Rekrutierung/Adhäsion von PMNs und die PMN-induzierte Toxizität in der Rattenlunge b) die Bestimmung der Partikeltranslokation und c) die Freisetzung vasoaktiver Mediatoren aus der Lunge. Als Modell soll die isolierte perfundierte Rattenlunge zum Einsatz gelangen, die mit Neutrophilensuspensionen aus humanem Blut perfundiert wird. Untersuchungsparameter sind die PMN-Adhäsion und -Migration sowie die Messung perfundierter Entzündungs- und Vasoaktivierungsmediatoren (MPO, NO, ACE, Histamin) und die Effekte der Perfusate auf isolierte Zielgewebe (Herz, Aorta). Das Modell bedient sich verschiedener Inhibitoren der PMN-Adhäsion oder Chemotaxis die in Zusammenhang mit der Partikelinstallation stehen. Wir vermuten, dass die Migration von Entzündungszellen Veränderungen der Lungenpermeabilität zur Folge hat, die die Freisetzung vasoaktiver Mediatoren ermöglichen und die Translokation ultrafeiner Partikel begünstigen, die wiederum dann systemische Effekte induzieren. Diese Hypothese wird mittels der Modifikation des entzündlichen Einstroms und der Lungenpermeabilität am Modell der isolierten perfundierten Lunge untersucht.
Das Projekt "NanoINHAL - In-vitro Testverfahren für luftgetragene Nanomaterialien zur Untersuchung des toxischen Potentials und der Aufnahme nach inhalativer Exposition mittels innovativer organ-on-a-chip Technologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Biotechnologie, Fachgebiet Medizinische Biotechnologie durchgeführt. Die inhalative Route ist ein wichtiger Aufnahmeweg für Nanomaterialien und andere innovative Materialien im nano- und mikroskaligen Bereich. Die Lunge ist daher ein wichtiges Zielorgan für akute toxische Effekte, gleichzeitig entscheidet die Barrierefunktion der Lunge über eine systemische Aufnahme der Materialien und daraus resultierende Effekte auf weitere Organe. Ziel dieses Verbundprojektes ist es, ausgehend von dem bei den Partnern vorhandenen Know-how im Bereich der in vitro Testverfahren, ein innovatives Prüfsystem für luftgetragene Nanomaterialien zu entwickeln. Am Fraunhofer ITEM wurde ein Zellexpositionssystem entwickelt (P.R.I.T. EXPO Cube), dass die Exposition von Zellkulturen und Gewebeschnitten gegenüber luftgetragenen Substanzen und Partikeln ermöglicht. Die Eignung dieses Systems für die Testung von Nanopartikeln wurde bereits in den Projekten InhalT90 und NanoCOLT demonstriert. Die Technische Universität und die TissUse GmbH entwickeln Organ-on-a-Chip Systeme, die es erlauben, Zell und Gewebemodelle mit Medium zu perfundieren und gleichzeitig verschiedene Organsysteme zu verbinden. Derartige Multi-Organ-Systeme erhalten die Funktion der Organe über Wochen hinweg stabil. Sie sind deshalb für den Einsatz in Langzeitstudien mit wiederholter Exposition gegenüber Stoffen geeignet. Durch Kombination beider Technologien soll im beantragten Projekt ein Testsystem entwickelt werden, welches sich durch die Möglichkeit auszeichnet, die Testungen im Langzeitbetrieb vor Ort in sich täglich wiederholender Realexposition durchzuführen. Neben direkten Effekten an den menschlichen Atemwegsmodellen generiert das System dann gleichzeitig Daten zur Absorption und zu Effekte auf Sekundärorgane. Das Testsystem wird schlussendlich exemplarisch in einer Fallstudie zur qualifizierten Bewertung des Gefährdungspotential von Nanopartikeln in additiven Herstellprozessen, wie dem 3D Druck erprobt.
Das Projekt "NanoINHAL - In-vitro Testverfahren für luftgetragene Nanomaterialien zur Untersuchung des toxischen Potentials und der Aufnahme nach inhalativer Exposition mittels innovativer organ-on-a-chip Technologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM) durchgeführt. Die inhalative Route ist ein wichtiger Aufnahmeweg für Nanomaterialien und andere innovative Materialien im nano- und mikroskaligen Bereich. Ziel dieses Verbundprojektes ist es, ausgehend von dem bei den Partnern vorhandenen Know-how im Bereich der in vitro Testverfahren, ein innovatives Prüfsystem für luftgetragene Nanomaterialien zu entwickeln. Am Fraunhofer ITEM wurde ein Zellexpositionssystem entwickelt (P.R.I.T. EXPO Cube), dass die Exposition von Zellkulturen und Gewebeschnitten gegenüber luftgetragenen Substanzen und Partikeln ermöglicht. Die Technische Universität Berlin und die TissUse GmbH entwickeln Organ-on-a-Chip-Systeme, die es erlauben, Zell und Gewebemodelle mit Medium zu perfundieren und gleichzeitig verschiedene Organsysteme zu verbinden. Derartige Multi-Organ-Systeme erhalten die Funktion der Organe über Wochen hinweg stabil. Sie sind deshalb für den Einsatz in Langzeitstudien mit wiederholter Exposition gegenüber Stoffen geeignet. Durch Kombination beider Technologien soll im beantragten Projekt ein Testsystem entwickelt werden, welches sich durch die Möglichkeit auszeichnet, die Testungen im Langzeitbetrieb vor Ort in sich täglich wiederholender Realexposition durchzuführen. Neben direkten Effekten an den menschlichen Atemwegsmodellen generiert das System dann gleichzeitig Daten zur Absorption und zu Effekte auf Sekundärorgane.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Einsatz der Modelle zur pharmakologischen und toxikologischen Pruefung von Substanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Biopharm, Pharmakologische Forschungsgesellschaft durchgeführt. Im Verbund zwischen drei Industrie- und einem Hochschulpartner sollen vollblutperfundierte Organperfusionskreislaeufe fuer pharmakologische und toxikologische Studien entwickelt werden, die helfen, bei der Entwicklung von pharmazeutischen Wirkstoffen die Zahl der Tierversuche zu reduzieren. Es sollen folgende Entwicklungen erfolgen: a) Optimierung der Organentnahme auf dem Schlachthof; b) Entwicklung von Regelsystemen zur Steuerung der Perfusion; c) Entwicklung spezifischer Kreislaeufe fuer die Organe Herz und Niere; d) Entwicklung von mathematischen Modellen zur Erfassung physiologischer Veraenderungen waehrend der Perfusion; e) Optimierung der Vollblutperfusion durch Zugabe von Plasmabestandteilen; f) Vergleichende Untersuchungen bekannter Wirkstoffe an den Organen Herz und Niere; g) Untersuchungen zur Wechselwirkung von Blutzellen mit Herzkranzgefaessen; h) Pharmakologische Studien mit organischen Nitraten am Herz; i) Untersuchungen der Eignung der Modelle fuer die Pruefung von Medizinprodukten.
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| Deutsch | 14 |
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| Keine | 12 |
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| Boden | 6 |
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