Research

Funding: Hirsch foundation, 50.000 EUR

Project Details:
Decellularized heart valve tissues can be used to replace a malfunctioning heart valve. This option is particularly suitable for young patients, because decellularized tissues have regeneration potential. We have pioneered in developing methods for dry preservation of mammalian cells and tissues and demonstrated that this can be done using disaccharides such as sucrose or trehalose which can be found at high concentrations in anhydrobiotic organisms that naturally survive drying. Drying of decellularized heart valves may alter the properties of the extracellular matrix and impair their in vivo efficacy. The central aim of this project is to test if sucrose can be used for dry preservation of heart valves so that they can be safely used for transplantation. We already established methods to freeze-dry heart valves, but their storage stability needs to be demonstrated. In this project we plan to evaluate if vacuum-drying, which lacks a damaging freezing step, can be used as an alternative drying method. The second objective is to study the effects of (freeze-)drying on scaffold structure, and matrix biomolecules directly after drying as well during storage under normal (4°C or room temperate) and accelerated aging (37°C/high relative humidity) storage conditions. The general tissue architecture will be studied on hematoxylin-eosin stained tissue sections, whereas Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) will be used to obtain spectral fingerprints of tissues during storage. For the latter principal component analysis of the spectra will be used to evaluate tissue modifications during storage. Furthermore, accumulation of oxidative damage will be determined. We postulate that overall tissue structural appearance, and therewith functionality, are compromised by ice crystals, and that this can be minimized by reducing the tissue water content prior to freezing, or to avoid ice formation by using vacuum drying.

Funding: Drittmittelprojekt, gefördert durch die Fritz-Ahrberg-Stiftung., 95.000 EUR

Project Details:
The preservation of food with chemical or physical methods should reduce the microbial contamination of food and should extend the shelf life of the products in order to minimise the health risk for the consumer. In a previous project at the Institute of Food Quality and Food Safety, the bacteria-reducing effects of Ethyl-Nα-lauryl-L-arginate hydrochloride (LAE) have already been successfully investigated. However, few studies are available that have examined the influence of LAE in combination with a biological preservation method (starter bacteria cultures) on the microbiological contamination with pathogenic and spoilage bacteria as well as on the chemical and sensory quality characteristics of the treated products. These investigations are useful to improve an individual effect by a combined treatment and to check whether these processes change qualitative properties of the food. For this reason, in the present study fresh meat from pigs, cattle and chickens, after inoculation with defined microorganisms, will be individually treated with LAE and starter culture mixtures either alone, or in combination, in order to show the effects of a combined treatment in comparison to the untreated control sample and to the individual treatment. Not only the short-term effects directly after treatment, but also the long-term effects during storage of the products until the usual best-before or use-by date will be investigated.

Funding: Gefördert durch die Fritz-Ahrberg-Stiftung., 35.000 EUR

Project Details:
Raw cured products are popular meat products that often get their color from the addition of nitrite during aging. Here, the nitrite reacts with the myoglobin within the muscles to form red nitrosomyoglobin. In addition, the nitrite is also used to suppress the growth of undesirable microorganisms, particularly Clostridium botulinum and Listeria monocytogenes. However, free nitrite may still be present in the meat product, which can react with amines to form nitroso compounds that are harmful to health.
However, Parma ham has been produced for a long time without the addition of nitrite or nitrate, using only salt. The red color of the ham is due to the formation of zinc protoporphyrin (ZnP), which is increasingly formed during the storage of the ham for up to 15 months. In this process, iron is replaced by zinc in myoglobin, regardless of the microbiological contamination of the meat. In the study, raw hams with and without the addition of nitrite are to be produced from turkey breast muscles and pork hams. At various times over a 15-month period, starting from the raw material, meat texture parameters will be examined and microbial status determined at regular intervals throughout the aging period. After maturing, the hams are sliced, subjected to a two-week storage test, analyzed microbiologically and physicochemically and evaluated with regard to its sensory characteristics. The aim of this research project is to verify the feasibility of the production and to determine the quality of an air-dried raw ham made from turkey or pork without nitrite curing salt in comparison to raw hams containing nitrite.

Funding: Drittmittelprojekt, gefördert durch Bundesministerium für Bildung und Forschung., 125.591 EUR

Project Details:
In the second funding period of this sub-project within the Pac-Campylobacter consortium, it aims at combining optimized measures in a synergistic large scale arrangement for reducing Campylobacter spp., meeting the requirements of commercial broiler production and livestock farming. This approach focuses on a combined application of different measures in a "One Health" approach along the entire food chain to reduce the public health risk effectively in a sustainable manner and provide practical support for veterinary public health authorities regarding this issue.

Results:

Poster Abstracts:

1. Bogun K, Peh E, Siekmann L, Plötz M, Kittler S; Untersuchungen zur Anwendung ausgewählter Säuren und Pflanzenextrakte sowie deren Kombination als Reduktionsmethode von Campylobacter spp. auf Hähnchenfleisch. 62. Arbeitstagung des Arbeitsgebietes Lebensmittelsicherheit und Verbraucherschutz der DVG, 25. bis 28. Oktober 2022

2. Bogun K, Peh E, Plötz M, Kittler S; Combination of a phage cocktail and an organic acid cocktail to reduce Campylobacter in broiler chickens - Examination of possible synergistic effects. 2nd German Phage Symposium, 23.-24.5.2022 Universität Hohenheim

3. Bogun K, Peh E, Siekmann L, Plötz M, Kittler S; Examination of selected organic acids and plant extracts and their combination as a reduction method against Campylobacter on chicken meat Zoonoses 2022 - International Symposium on Zoonoses Research 05.-07.10.2022 Berlin

Funding: Drittmittelprojekt, gefördert durch die Fritz-Ahrberg-Stiftung., 70.000 EUR

Project Details:
The present study is exploring the potential of the cold-plasma-technology for the production of meat products without the addition of nitrite curing salt. PPA (= plama processed air) and PAW (= plasma activated water) are used do generate reactive nitrogen species in meat batter which might induce a reddening effect during the production of cooked sausages. Products generated with this novel technology are analyzed for microbiological, sensory and physicochemical parameters after production and after a storage period.

Project Details:
Different field strains of important, food-associated microorganisms (Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella enterica ssp., Bacillus cereus, Campylobacter jejuni) are chosen. Subsequently, milk of different species (cattle and small ruminants) is inoculated with these germs and heat-treated under subpasteurization (thermization) conditions, which means low temperature treatments for short times. Aim of the study is to investigate the heat damage which is caused to the different microorganisms directly after heat treatment and after a storage period of three days. Additionally, possible matrix effects and strain variances are determined.

Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft, 325.373 EUR

Project Details:
Angesichts der Pharmakoresistenz von häufigen Hirnerkrankungen wie Epilepsie oder Depressionen gegenüber gängigen Therapieverfahren und der potentiellen Bedeutung von Efflux-Transportern wie P-Glykoprotein (Pgp) für Resistenzmechanismen sind die Entschlüsselung der Regulationsmechanismen von Pgp an der Blut-Hirn-Schranke (BHS) sowie die Suche nach innovativen Therapieeinsätzen von grundlegender Bedeutung. Die bisherigen Untersuchungen zur Regulation von Pgp konzentrierten sich hauptsächlich auf transkriptionelle Anpassungen (Veränderungen der Aktivität von Transkriptionsfaktoren und der Pgp-Expression), post-transkriptionelle Modifikationen (Veränderungen des Pgp-Proteins und Regulation der Translation der Pgp-mRNA durch mikroRNAs), Pgp-Trafficking-Mechanismen von bereits exprimiertem Pgp von intrazellulären Kompartimenten zur apikalen Membran, sowie Pgp-modulierende Signaltransduktion. Eine gänzlich neue Betrachtungsweise in der BHS-Forschung wird durch den im Rahmen dieses Projekts neu entdeckten Zell-Zell-Pgp-Transfer von Zellen mit hoher Pgp-Expression zu Zellen mit niedriger Pgp-Expression bedingt, die zu einer Erhöhung der apikalen Pgp-Expression und -Funktionalität führt. Dabei wird der Pgp-Transfer in den Hirnendothelzellen über direkten Zell-Zell-Kontakt und/oder über Exosomen vermittelt, in denen wir Pgp identifiziert haben. Ein weiterer überraschender und originärer Befund des bisherigen Projekts ist, dass neben den bekannten Funktionen des apikal in der Zellmembran lokalierten Pgp dieser Transporter potentiell toxische Xenobiotika intrazellulär in Lysosomen von Endothelzellen sequestrieren kann. Die lysosomalen Vesikel wandern anschließend durch einen noch unbekannten Prozess zur Zellmembran und verlassen die Zelle, um an der apikalen Membran zu extrazellulär anhaftenden traubenförmigen Vesikelkonglomeraten ("Barrier Bodies") zu werden, die von neutrophilen Granulozyten phagozytiert und damit entsorgt werden. Im Rahmen des Fortsetzungsantrages soll die arzneimittel-induzierte Barrier Body-Bildung in der BHS verschiedener Spezies (Mensch, Schwein, Ratte) sowie die Interaktion zwischen Neutrophilen und Hirnkapillarendothelzellen weiter charakterisiert. Des Weiteren soll die Bedeutung der Barrier Body-Bildung für die Entwicklung von Resistenz gegenüber Neuropharmaka und Chemotherapeutika untersucht werden. Außerdem soll an Labornagern versucht werden, die In-vitro-Befunde zur Barrier Body-Bildung auf die In-vivo-Situation zu übertragen. Wir erwarten, dass die von uns charakterisierten neuen Regulationsmechanismen von Pgp an der BHS neue innovative Strategien des pharmakologischen Eingriffs in Resistenzmechanismen von Hirnerkrankungen ermöglichen werden.

Funding: DFG, 124.000 EUR

Project Details:
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Charakterisierung bioresorbierbarer FeMnAg-Werkstoffe und deren Qualifizierung für die additive Fertigung am Beispiel des selektiven Laserschmelzens (SLM). Der kooperative Ansatz berücksichtigt insbesondere die Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung von mittels SLM additiv gefertigter Strukturen aus konventionell nicht mischbaren Legierungen mit teilweise stark unterschiedlichen Schmelzpunkten wie FeAg-Legierungen. Im Hinblick auf den Einsatz als resorbierbare Implantate in der Bio-medizintechnik sind neben der gesicherten Herstellbarkeit vor allem die Biokompatibilität und eine gegenüber konventionellen Eisenlegierungen signifikante Steigerung der Degradationsraten von besonderer Bedeutung. Neben den mikrostrukturellen Eigenschaften soll die Verteilung, einschließlich Größe, Struk-tur und Form, der Legierungspartner zur Steuerung der Degradationsraten angepasst werden, wozu eine Prozess-Struktur-Korrelation bis auf die nanoskopische Ebene Methoden erfolgen soll. Da die bei der Degradation des Implantates im Gewebe freigesetzten Partikel phagozytiert werden sollen, müssen diese aus einer noch zu entwickelnden modifizierten, bioverträglichen, nicht korrosionsbeständigen Edelmetalllegierung bestehen, deren Wechselwirkung mit den Legierungselementen des FeMn-Stahls (insbesondere Mangan) zu untersuchen ist. Die Untersuchungen sollen zunächst mit dem Fokus auf Silber als Edelmetallzusatz begonnen werden.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. M. Schaper, Prof. Dr. G. Grundmeier (Universität Paderborn)

Funding: DFG, 261.200 EUR

Project Details:
Die Oberflächeneigenschaften von additiv gefertigten, biomedizintechnischen Bauteilen mit unterschiedlichen Beschichtungen sollen untersucht werden. Es werden Prüfmuster mittels Laserstrahlschmelzen (SLM) aus Titanlegierungen hergestellt. Um die Biokompatibilität zu erhöhen, werden diese mit einem multilagigen bzw. gradierten Schichtsystem aus Ti(Zr,Hf)CN beschichtet. Die Auswahl des Schichtsystems erfolgt in Hinblick auf die Herstellung von individuell angepassten Implantaten mittels SLM und die Funktionalisierung mittels PVD-Beschichtung. Nach Abscheidung der verschiedenen Beschichtungen wird deren Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität und Ermüdungsfestigkeit charakterisiert.

Cooperation Partners:

Prof. Dr. M. Schaper (Universität Paderborn)

Prof. Dr. W. Tillmann (Technische Universität Dortmund)

Funding: QS-Wissenschaftsfonds, vertreten durch die QS Qualität und Sicherheit GmbH, 25.000 EUR

Project Details:
Impfstrategie für Jung- und Stammsauen zur Minimierung der Belastung von Schweinen mit Salmonella Typhimurium im QS-System