Hyaluronan-Polymer

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Hyaluronsäure L. & F. Biomaterialien

Hyaluronsäure (HA) ist ein polyanionisches Polymer aus sich wiederholenden Disaccharid- einheiten von β-d-Glucuron- säure und β-N-Acetyl-d-glucosamin (4GlcAβ1,3GlcNAcβ1). Es ist an der Regulation des Wasserhaushalts und der Permeabilität von Substanzen im Bindegewebe sowie an der Schmierung von Gelenken beteiligt. Als Bestandteil der Kapselpolysaccharide bestimmter pathogener Streptokokken-Stämme dient HA zur immunologischen Mimikry im betreffenden Wirt.

Die fehlende Immunogenität macht die HA zu einem sehr attraktiven Baustein für die Entwicklung neuer Biomaterialien und pharmazeutischer Wirkstoffe. Im Kontext einer zunehmend alternden Bevölkerung wird die Nachfrage von wirksamen HA-Produkten in der Medizin stetig steigen. In der Ophthalmologie und Orthopädie wird polymeres HA mit einem Molekulargewicht (MW) von >1 MDa eingesetzt. Nicht-modifizierte HA dieser Größenordnung ist aufgrund der schlechten biomechanischen Stabilität und des schnellen in vivo-Abbaus nur sehr begrenzt verfügbar. Deshalb wird hochpolymeres HA mit möglichst geringer Dispersität benötigt. HA wird zurzeit aus Hahnenkämmen unter Einsatz großer Mengen an Lösungsmitteln extrahiert oder durch Fermentation pathogener Streptokokken produziert. Diese Prozesse sind nicht nachhaltig und resultieren in meist polydispersem HA. Es fehlt ein Prozess zur Produktion von hochmolekularer HA mit geringer Dispersität, der unter Vermeidung von tierischen Geweben, Fermentationen von pathogenen Bakterien oder chemischer Quervernetzung auskommt.

Im Verbundprojekt „HYALURONAN-Polymer“ wird von den beteiligten Partnern der RWTH Aachen University (Biomaterialien, Biotechnologie, Angewandte Mikrobiologie) und der Firma GALAB Laboratories GmbH ein mikrobieller Produktionsprozess für HA entwickelt. Vom ifu Hamburg GmbH (Institut für Umweltinformatik) wird das neu entwickelte Verfahren auf seine Nachhaltigkeit hin bewertet und existierenden Verfahren gegenübergestellt. Im Einzelnen werden neue Enzymmodule entwickelt, die eine schnelle und effiziente Bereitstellung der HA-Bausteine GlcA und GlcNAc gewährleisten. Durch Protein-Engineering werden HA-Synthasen in ihrer Leistung optimiert, hochpolymeres HA zu synthetisieren. Weiterhin werden Verfahren zur Analytik und Aufarbeitung von HA etabliert. Durch Kombination dieser Ansätze soll ein nachhaltiges Verfahren zur fermentativen Produktion von langkettigen HA-Polymeren und integrierter Produktaufarbeitung zur Reduktion der Umweltbelastung entwickelt werden.

Finanzierung

Das Projekt "Hyaluronan Polymer" wird von der DBU (Deutsche Bundesstiftung Umwelt) gefördert.

Projektpartner

Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Lothar Elling (Projektkoordination)

Dipl.-Biol. Anna Eisele
Lehr- und Forschungsgebiet Biomaterialien und Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik, RWTH Aachen

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Lars Blank

M. Sc. Sandra Schulte
Institut für Angewandte Mikrobiologie, RWTH Aachen

Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Ulrich Schwaneberg

Dr. Felix Jakob
M. Sc. John Mandawe
Lehrstuhl für Biotechnologie, RWTH Aachen

Dr. Jürgen Kuballa

GALAB Laboratories GmbH

Mieke Klein

ifu Hamburg GmbH