Neue Argovia-Projekte

Im Frühjahr 2017 hat der Argovia-Ausschuss über die Förderung von neuen Projekten im Nano-Argovia-Programm entschieden. In dieser und der folgenden Ausgabe von SNI update stellen wir Ihnen die neuen Projekte vor, die am 1. April 2017 starteten.

 

A3EDPI – Strukturanalyse mit gebeugten Elektronen
Im Argovia-Projekt A3EDPI untersucht ein interdisziplinäres Wissenschaftler-Team vom Paul Scherrer Institut (PSI), dem C-CINA (Biozentrum, Universität Basel) sowie den Firmen Novartis Pharma AG, F. Hoffmann-La Roche AG und Dectris AG, ob Elektron-Nanokristallografie in der Pharmaforschung eingesetzt werden kann, um die dreidimensionale Struktur von organischen Wirkstoffen aufzuklären.

Dr. Tim Grüne vom PSI leitet das Projekt, das anstrebt, die Datenerfassung sowie die -verarbeitung bei der Elektron-Nanokristallografie zu verbessern sowie die Relevanz für die pharmazeutische Wirkstoff-Entwicklung abzuklären. Für die effiziente Entwicklung neuer pharmazeutischer Wirkstoffe und deren Zulassung benötigen Forscher die exakte dreidimensionale Struktur der Substanzen. Liegen diese in Form einzelner Kristalle vor, lässt sich die räumliche Struktur mithilfe der Röntgenstrukturanalyse ermitteln. In vielen Fällen stehen den Wissenschaftlern jedoch nur Pulver, also Mischungen aus kristallinen Nanokörnern mit einer Grösse von nur 10 – 500 Nanometern zur Verfügung. Im Projekt A3EDPI wird nun untersucht, ob die Elektron-Nanokristallografie effizient eingesetzt werden kann, um die räumliche Struktur der Moleküle in diesen Nanokörnern aufzuklären.

Dazu werden die Proben einem hochenergetischen Elektronenstrahl ausgesetzt. Da die Elektronen Welleneigenschaften besitzen, entsteht je nach Anordnung der Atome ein ganz spezifisches Beugungsbild jedes Moleküls, das Rückschlüsse über die atomare Struktur zulässt. Erste Untersuchungen anhand einiger Modellsubstanzen haben bereits Daten von hervorragender Qualität geliefert. Nun wird das Team untersuchen, ob sich die Elektron-Nanokristallografie zu einem attraktiven Standard für die Pharma- und die chemische Industrie weiter entwickeln lässt und Anforderungen betreffend Durchsatz und Qualität für die industrielle Anwendung erreicht werden können.

AntibakVlies – weniger Bakterien auf Vliesen
In dem Argovia-Projekt AntibakVlies entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Hochschule für Technik (FHNW), der Hochschule für Life Sciences (FHNW) und der Firma Jakob Härdi AG ein neues Verfahren, um Vliesmaterialien mit antibakteriellen und hydrophilen Eigenschaften auszustatten. Zudem arbeiten die Forscher in dem Projekt an einer effizienten Testmethode, um die antibakterielle Wirksamkeit der Vliese zu analysieren. Momentan gibt es keine Materialien, welche die gewünschte Eigenschaftskombination aufweisen. Aus diesem Grund hat das Projektteam unter Führung von Dr. Sonja Neuhaus vom Institut für Nanotechnische Kunststoffanwendungen (INKA, Hochschule für Technik) zum Ziel, existierende Vliesmaterialien zu modifizieren.

Aus vorangegangenen Projekten wissen die Forscher, dass mittels e-grafting funktionalisierte Kunststoffoberflächen hergestellt werden können. Bei dieser Methode wird das Material zunächst mit verschiedenen Verbindungen getränkt und dann mit niederenergetischen Elektronen bestrahlt, was unter den richtigen Bedingungen zu einer kovalenten und damit dauerhaften Bindung führen kann. Im Projekt AntibakVlies werden nun verschiedene Kombinationen antibakterieller Polymere untersucht, um das Wachstum einer grossen Bandbreite von Bakterien zu verhindern.

Microslide – Bessere Gleiteigenschaften dank Schuppen
In dem Argovia-Projekt Microslide untersuchen Wissenschaftler der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) und des Paul Scherrer Instituts zusammen mit der Firma Brugg Drahtseil AG in Birr, wie sich die Gleit- und Verschleisseigenschaften von Flachriemen, die beispielsweise in Aufzügen zum Einsatz kommen, verbessern lassen. Den Forschern dient dabei die Natur als Vorbild, denn im Tierreich gibt es zahlreiche Beispiele, wie durch eine besondere Oberflächenstruktur eine gleitende Fortbewegung mit wenig Reibung unterstützt wird.

Das Wissenschaftlerteam unter Leitung von Dr. Christian Rytka vom Institut für Nanotechnische Kunststoffanwendung (INKA) plant die Oberfläche der für Hebeanwendungen verwendeten Polyurethan-Bänder mit einer schuppenartigen Oberflächenstruktur, wie sie beispielsweise Schlangen aufweisen, auszustatten. Diese Struktur soll dauerhaft die Gleiteigenschaften verbessern und daher den Verschleiss der Bänder reduzieren. In dem Projekt soll zunächst eine Prüf- und Testanlage gebaut werden, die es ermöglicht, unterschiedlich strukturierte Bänder mit den heute verwendeten zu vergleichen. Es werden dann die Eigenschaften verschiedener Oberflächenstrukturen, die durch ein Rolle-zu-Rolle Prägeverfahren eingebracht werden, auf kleinen Flächen untersucht. Schliesslich planen die Forscher die ersten Prototypen herzustellen.

MiPIS – Schnelle Aufarbeitung von Proteinen für die Analyse
Im Projekt MiPIS entwickeln Wissenschaftler des C-CINA (Biozentrum, Universität Basel) und der Hochschule für Life Sciences (FHNW) zusammen mit ihrem Industriepartner leadXpro AG (Villigen, AG) ein mikrofluidisches System für die Aufarbeitung und Probenvorbereitung von Proteinen, die mittels Kryo-Elektronenmikroskopie analysiert werden sollen. Dr. Thomas Braun vom C-CINA leitet das Projekt, das auf vorhergehenden, ebenfalls vom SNI unterstützen Arbeiten aufbaut.

Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) ist heute als Standardverfahren etabliert, um die atomare Struktur komplexer Proteine aufzuklären, die beispielsweise erforderlich ist, um neue Wirkstoffe für Medikamente zu entwickeln. Im Vergleich zu anderen Verfahren benötigt die Kryo-EM deutlich geringere Proteinmengen von nur einigen Nanolitern, liefert jedoch präzise Bilder in atomarer Auflösung. Die klassischen Methoden zur Aufarbeitung von Proteine werden den Anforderungen der Kryo-EM nicht immer gerecht, da sie zeitaufwendig sind, grössere Proteinmengen benötigen und teilweise die räumliche Anordnung der Proteinkomplexe zerstören. Die Wissenschaftler im Projekt MiPIS setzen nun auf die Verwendung von Mikrofluidsystemen für die Probenaufarbeitung und erhoffen sich deutliche Vorteile gegenüber den klassischen Methoden.

Am C-CINA wurde bereits ein Mikrofluid-System entwickelt, mit dem Proben direkt auf einen für die Elektronenmikroskopie benötigen Objektträger platziert werden. Innerhalb des Argovia-Projektes MiPIS soll dieses System nun weiterentwickelt werden, sodass Proteine in dem System innerhalb von zwei Stunden gereinigt, stabilisiert und unter Beibehaltung ihrer räumlichen Struktur für die Kryo-EM-Analyse vorbereitet werden können.