Neue Forschungsplattform geht unter die Haut. Initiativkolleg: Von Himmelskörpern zu irdischen Kratern. Neue Professuren im April 2010

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1 forschungsnewsletter 46 April 2010 Neue Forschungsplattform geht unter die Haut Nano in der Packerlsuppe Initiativkolleg: Von Himmelskörpern zu irdischen Kratern Neue Professuren im April 2010 Neue Forschungsplattform geht unter die Haut Die Haut ist nach außen eine dichte Membran. Das schützt uns zwar vor Verletzungen, hat aber auch zur Folge, dass Wirkstoffe schlecht eindringen können. Insbesondere die äußerste Hautschicht, das sogenannte Stratum corneum, ist nahezu undurchdringlich. Es gibt jedoch Möglichkeiten, diese Barriere auszutricksen : So können Liposomen über Haarschäfte in die Tiefe der Haarfollikel eindringen und dort Wirkstoffe freigeben. Solche lipo somalen Präparate stehen im Mittelpunkt des ersten Teils einer neuen gemeinsamen Forschungsplattform der Fakultäten für Lebenswissenschaften und für Chemie. Claudia Valenta, Pharmazeutin und Leiterin der Forschungsplattform Characterisation of Drug Involved Mechanisms Ob in der Kosmetik oder im Arzneimittelsektor: Vermehrt werben Hersteller mit Pro dukten, die Liposomen enthalten. Die Vorteile sind eindeutig: Liposomale Präparate können in tiefere Hautschichten eindringen und ihre Wirkstoffe so besser entfalten. Doch was sind Liposomen eigentlich? Das erklärt die Leiterin der neuen Forschungs plattform Characterisation of Drug Involved Mechanisms, Claudia Valenta vom Department für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie: Liposomen können auch als flüssige Nanopartikel angesehen werden. Es gibt unterschiedliche Arten: Manche bestehen aus abwechselnden Schichten hydrophil-lipophil-lipophilhydrophil in einmaliger Abfolge, das heißt es handelt sich um unilamellare Lipo somen. Bei anderen tritt dieses Muster mehrmals auf, man spricht dann von multi lamellaren Liposomen. 1

2 Ziel der neuen Plattform ist es, durch die Untersuchungen der Liposomen die Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur und physiologischen Diffusionsprozessen besser zu verstehen und diese Erkenntnisse für die Entwicklung neuer Arzneistoffabgabesysteme zu nutzen. Interdisziplinäres Arbeiten nimmt dabei einen wichtigen Stellenwert ein. Neben dem Department für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie ist auch das Institut für Organische Chemie der Fakultät für Chemie an den Forschungen beteiligt. Durch diesen fächerübergreifenden Zugang ist ein gutes Wechselspiel zwischen Chemie, Physik, physikalischer Chemie und pharmazeutischer Technologie möglich, so Claudia Valenta. Schematischer Aufbau eines unilamellaren Liposoms Mit Schweinehaut zu neuen Erkenntnissen Der Aufbau und die Struktur der Haut kann auf zwei Arten untersucht werden: am lebenden Objekt (in vivo) oder am toten Objekt, zum Beispiel im Reagenzglas (in vitro). Im Rahmen der Forschungsplattform kommen beide Methoden zum Einsatz. Für die In-vitro-Untersuchungen wird primär Schweinehaut benutzt, da diese in Aufbau und Eigenschaften der Menschenhaut ähnelt. Mit den liposomalen Formulierungen (Liposomen, denen bereits ein Wirkstoff beigefügt wurde) werden dann sogenannte NMR- (Kernspinresonanzspektroskopie-) Selbst-Diffusionsuntersuchungen durchgeführt, die Informationen über die Mikrostruktur, wie beispielsweise die Größe der gebildeten Partikel und die Verteilung der Arznei- und Hilfsstoffe, geben können. Zurzeit werden zur Anwendung auf der Haut Vehikel gesucht, die eine gute Wirkstofffreigabe zeigen, jedoch nur aus hautverträglichen Stoffen bestehen. Darüber hinaus können in diese Substanzen fluorierte Arzneistoffe eingearbeitet und die Selbstdiffusion der Arzneistoffe direkt in den Vehikeln gemessen werden, erklärt Claudia Valenta die angestrebten Untersuchungen. Daneben werden auch In-vivo-Untersuchungen stattfinden. Pro Stunde und Quadratzentimeter Haut gibt jeder Mensch eine definierte Menge Wasser an die Außenwelt ab. Das bezeichnet man als transepidermalen Wasserverlust2 (TEWL). Mit dem Messgerät Aquaflux können sowohl die abgegebene Wassermenge als auch mögliche Auswirkungen von neu entwickelten Mitteln auf diese gemessen werden. Zusätzlich ist der TEWL ein Maßstab dafür, ob die Hautbarriere gesund ist. Zum Quell des Übels vordringen Neben der Interdisziplinarität ist Claudia Valenta vor allem auch die praktische Anwendbarkeit ihrer Arbeit wichtig. Unsere Forschungsergebnisse sind zum Beispiel für den Arzneimittelsektor oder die Kosmetikindustrie interessant. Wenn es möglich ist, einen Arzneistoff in relevanten Dosen durch liposomale Präparate direkt an der betreffenden Krankheitsstelle zum Beispiel dem Fuß unterzubringen, dann fallen viele Nebenwirkungen, die normalerweise durch die orale Einnahme entstehen können, einfach weg. Forschungsplattformen werden von der Universität Wien zur Anschubförderung besonders innovativer fächerübergreifender Forschungsvorhaben eingerichtet. 2

3 Die Forschungsplattform Characterisation of Drug Involved Mechanisms ( Charakterisierung von Arzneistoffabgabesystemen auf der Haut und Untersuchungen ihrer inneren Struktur ) ist an der Fakultät für Lebenswissenschaften und der Fakultät für Chemie angesiedelt. Leiterin ist Ao. Univ.-Prof. Mag. Dr. Claudia Valenta vom Department für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie; Kooperationspartner ist Ass.-Prof. Mag. Dr. Hanspeter Kählig vom Institut für Organische Chemie. MitarbeiterInnen sind Mag. Julia Schwarz sowie Markus Husa. Mit dem TEWL lässt sich die Hautbarriere untersuchen. Forschungsplattformen der Universität Wien: Department für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie der Fakultät für Lebenswissenschaften: Institut für Organische Chemie der Fakultät für Chemie: Nano in der Packerlsuppe Die Umweltgeowissenschafter Thilo Hofmann... Die schwarze Farbe des Kaffees oder das Fett in der Milch: Unser Essen enthält seit jeher natürliche Nanopartikel. In Zukunft sollen aber auch künstliche Produkte der Nanotechnologie in unsere Nahrungsmittel kommen. Die Lebensmittelkonzerne versprechen sich und den KonsumentInnen viel davon: längere Haltbarkeit, besseren Geschmack, gesünderes Essen. Wissenschaft und Gesundheitsministerien hinken der Industrie hinterher: Bis dato gibt es keine Routinemethoden, um künstliche Nanoteilchen in Lebensmitteln nachzuweisen. Im EU-Projekt NANOLYSE, an dem neben Partnern aus der EU und Kanada auch die Universität Wien beteiligt ist, soll dieser wichtige Schritt nachgeholt werden. Der Hund liegt schon im Namen begraben: Als Nanopartikel werden alle Teilchen ob natürlich oder künstlich bezeichnet, die zwischen einem und 100 Nanometern groß sind. Über ihre chemischen Eigenschaften, möglichen Wirkungen oder ihre industrielle Einsetzbarkeit sagt diese Definition jedoch nichts aus. Stellen Sie sich vor, ich würde Ihnen erzählen, dass ich mit Dingen arbeite, die zwischen einem Zentimeter und einem Meter groß sind, veranschaulicht Thilo Hofmann vom Department für Umweltgeowissenschaften das Problem: Das könnte alles sein: ein harmloser Apfel oder auch ein nützliches, aber potenziell gefährliches Messer. 3

4 Was ist drin im Nano-Topf? Genauso sieht es mit den Nanoteilchen aus: Theoretisch könnte der Nano-Topf von absolut unbedenklichen bis hin zu gesundheitsschädlichen Teilchen alles enthalten. Nur: Wir wissen es noch nicht. Und wenn wir es wüssten, würde es uns im Moment wenig nützen, meinen jedenfalls Thilo Hofmann und sein Kollege Frank von der Kammer, die im EU-Projekt NANOLYSE den Nanoteilchen in unserem Essen auf der Spur sind: Es werden viele Forschungsgelder ausgegeben, um die Auswirkung von technischen Nanopartikeln zu untersuchen, aber wir haben noch keine einsetzbaren Analysemethoden, um ihr Vorkommen in Lebensmitteln oder allgemein in der Umwelt exakt zu messen.... und Frank von der Kammer sind Nanoteilchen in unserem Essen auf der Spur. Daher ist eine Kennzeichnungspflicht für Nahrungsmittel, die Nanotechnologieprodukte enthalten, derzeit fragwürdig: Keine für Lebensmittelsicherheit zuständige Agentur könnte die Einhaltung der Richtlinie überprüfen. Natürliche und künstliche Nanoteilchen... Zudem gibt es natürliche Nanopartikel, die schon immer in unseren Lebensmitteln waren und die wir daher gewohnt sind, zum Beispiel die schwarze Farbe im Kaffee oder das Fett in der Milch. Noch kann man sie im Labor nicht von jenen technologisch hergestellten unterscheiden, die möglicherweise unsere Gesundheit gefährden wie etwa Siliziumdioxid ( Nano-Sand ), der zukünftig unter anderem verhindern kann, dass Gummibärchen in der Packung zusammenkleben.... im Essen nachweisen Das soll sich nun ändern: Im Projekt, das zehn Partner aus Europa und Kanada umfasst und von der Universität Wageningen (NL) koordiniert wird, geht es ganz gezielt um Methodenentwicklung: Wir wollen die Grundlagen dafür schaffen, dass man in Zukunft verlässliche Aussagen über die Menge und Zusammensetzung der Nanopartikel in, sagen wir, einem Packerl Fertigsuppe treffen kann. Titandioxid-Nanopartikel... Limonade, Fleisch und Fertigsuppe Genauer unter die Lupe genommen werden zwei künstliche, aber auch in der Natur vorkommende, und zwei rein technische Nanopartikel in drei verschiedenen Lebensmitteln Limonade, Fleisch und Fertigsuppe sowie in Verpackungsmaterialien. Da die Nanoteilchen abgesehen von ihrer Größe untereinander nicht viel gemeinsam haben, kann es durchaus sein, dass für jedes eine andere Analysemethode entwickelt werden muss es liegt viel Arbeit vor Thilo Hofmann und Frank von der Kammer. Der positive Nebeneffekt daran ist, dass wir an der Universität Wien eine weltweit einzigartige Expertise im Bereich der Nanopartikel-Analytik aufbauen, so die beiden Forscher, die neben den fakultären Mitteln und dem zweitgrößten Budget im laufenden EU-Projekt wesentlich von den im Rahmen des Infrastrukturprojekts BIG Nano finanzierten High-Tech-Labors profitieren. Warum sie sich als Umweltgeowissenschafter überhaupt mit Essen beschäftigen? Wir arbeiten seit Jahren an der Entwicklung von Methoden, um Nanopartikel in der Umwelt und in Gewässern zu untersuchen. Ob wir das nun in Nudelsuppe oder Klärschlamm tun, ist uns eigentlich egal Hauptsache, es gelingt. 4

5 Das EU-Projekt NANOLYSE (Nanoparticles in Food: Analytical methods for detection and characterization) wird mit 4.05 Millionen Euro im 7. EU-Rahmenprogramm finanziert und startete im Jänner Das internationale Projekt wird vom RIKILT Institute of Food Safety der Universität Wageningen (NL) koordiniert und umfasst insgesamt zehn Partner aus der EU und Kanada. Österreichischer Partner ist neben der Universität Wien, die über das zweitgrößte Budget im Projekt verfügt, die Technische Universität Wien.... im TransmissionsElektronenmikroskop Department für Umweltgeowissenschaften der Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie: Artikel: High Tech für die Umweltgeowissenschaften im Forschungsnewsletter Juni 2008: news]=6112&tx_ttnews[backpid]=21804&chash=12c44da39a Initiativkolleg: Von Himmelskörpern zu irdischen Kratern Im Laufe der Erdgeschichte trafen immer wieder kleinere und größere Himmels körper auf unseren Planeten. Vor 65 Millionen Jahren hatte ein solcher Aufprall, so vermuten die meisten WissenschafterInnen, das Aussterben der Dinosaurier zur Folge. Was einmal passiert ist, kann auch wieder passieren: Im Initiativkolleg Planetology: From Asteroids to Impact Craters an der Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie untersuchen sieben internationale NachwuchswissenschafterInnen bestehende Einschlagkrater und widmen sich der Bahnberechnung von erdnahen Asteroiden. Christian Köberl, Impaktforscher und Sprecher des Initiativkollegs From Asteroids to Impact Craters Im Kino ist angesichts eines auf die Erde zurasenden Meteoriten sofort ein Super held wie Superman zur Stelle, um die Welt zu retten. In der Realität können wir leider nicht auf Superkräfte bauen: Hier versuchen WissenschafterInnen seit Jahr zehnten, die Bahnen von Himmelskörpern sowie die Konsequenzen eines möglichen Meteoriteneinschlags berechenbarer zu machen. Das steht auch im Mittelpunkt des im März 2010 gestarteten interdisziplinären Initiativ kollegs Planetology: From Asteroids to Impact Craters, angesiedelt an der Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie. Das neue Kolleg bietet jungen DissertantInnen die Möglichkeit, sich wissenschaftlich mit den Gefahren und Effekten von Meteoriteneinschlägen auseinanderzusetzen. Die sieben ausgewählten Kolleg teilnehmerinnen stammen aus Österreich, Italien, Polen, Deutschland und den USA. 5

6 Wenn die Astronomie mit der Erdwissenschaft Meteoriten sind kleine Gesteinsbrocken, die von großen Asteroiden abstammen und den Weg vom innersten Sonnensystem auf unsere Erde geschafft haben. Erde und Weltraum stehen demnach in enger Verbindung zueinander. Aus diesem Grund macht es gerade auf unserem Gebiet Sinn, Astronomie und Geowissenschaften zu kombinieren, erklärt Christan Köberl, Impaktforscher und Sprecher des Initiativkollegs. Im strukturierten Doktoratsprogramm sind daher neben AstronomInnen auch ErdwissenschafterInnen mit an Bord. Untersuchung erdnaher Objekte Zwei der insgesamt sieben Dissertationen im Rahmen des Initiativkollegs befassen sich mit der Bahnberechnung von erdnahen Objekten (NEOs). Diese Objekte stellen eine durchaus reale Gefahr für die Erde dar: Der derzeit größte erdnahe Asteroid würde mit seinen acht Kilometern Durchmesser auf der Erde einen hundert bis zweihundert Kilometer großen Einschlagkrater verursachen, so Köberl. Mit numerischen Rechenverfahren werden die DoktorandInnen versuchen, die potenzielle Gefahr, die von NEOs ausgeht, ein wenig in den Griff zu bekommen. Die KollegiatInnen untersuchen Einschlagkrater auf der Erde... Wie die Seiten eines Buchs Die anderen fünf Dissertationen setzen an dem Punkt an, an dem die Festkörper schon einen Einschlagkrater auf der Erde verursacht haben. Mit geologischen, geochemischen, petrologischen und mineralogischen Methoden werden die Krater und die Folgen der Einschläge genauer untersucht. Beispielsweise beschäftigt sich eine Dissertation mit der Rekonstruktion der Gesteinsschichten vor dem Einschlag des Meteoriten also bevor alles zerbrochen und durch die Luft geschleudert wurde. Die verschiedenen Gesteinslagen sind vor dem Einschlag wie die Seiten eines Buchs angeordnet. Nach dem Einschlag werden sie bunt durch einander gemischt. Unsere Aufgabe ist es, die ursprüngliche Seitenordnung wieder herzustellen, veranschaulicht Köberl. Weiters hoffen die NachwuchswissenschafterInnen, mit petrographischen Methoden herauszufinden, wie geschockt das Material ist, d.h. welchem Druck das Gestein beim Einschlag des Meteoriten ausgesetzt war.... sowie Near Earth Objects (NEOs) wie den Kleinplaneten Ida und seinen Mond Dactyl. Theorie und Praxis Neben der fundierten theoretischen Auseinandersetzung mit dem Thema sind auch Exkursionen zu Einschlagkratern Teil der dreijährigen Kollegausbildung. Wir wollen zumindest einmal im Jahr auf geologische Feldforschung fahren, so Köberl. Die erste Exkursion führt die DissertantInnen nach Barberton Mountain Land im Nordosten Südafrikas. Dort werden die JungwissenschafterInnen Ablagerungen begutachten, die auf Meteoriteneinschläge vor zwei bis drei Milliarden Jahren zurückgehen. Mit Ausflügen dieser Art soll den KollegiatInnen vermittelt werden, welche Bedeutung Meteoriteneinschläge für die Erdgeschichte haben. Das Initiativkolleg From Asteroids to Impact Craters an der Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie startete im März Sprecher ist der 6

7 Impaktforscher V.-Prof. Dr. Christian Köberl, Leiter des Departments für Lithosphärenforschung der Universität Wien und ab Juni 2010 Generaldirektor des Naturhistorischen Museums Wien. Initiativkolleg From Asteroids to Impact Craters : Department für Lithosphärenforschung der Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie: Institut für Astronomie der Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie: Neue Professuren im April 2010 Im April 2010 gibt es zwei neue Professuren: Univ.-Prof. Dr. Piotr T. Chrusciel wird Professor für Gravitationsphysik an der Fakultät für Physik. An der Historisch- Kulturwissenschaftlichen Fakultät erhält Univ.-Prof. Dr. Julia Gelshorn die Professur für Neueste Kunstgeschichte Kunst der Gegenwart. Professuren April: Artikel in der Online-Zeitung: Artikel: Christian Köberl wird neuer Direktor des Naturhistorischen Museums in der Online-Zeitung Impressum Herausgeberin: Universität Wien, Dr.-Karl-Lueger-Ring 1, A-1010 Wien Redaktion: Bernadette Ralser Mitarbeit: Pamela Paulic, Marion Wittfeld bernadette.ralser@univie.ac.at, T