Gesundheit

Neue Heilungschancen durch regenerative Medizin, eine schnellere und genauere Diagnostik mittels molekularbiologischer Ansätze und ein abgestimmtes Wechselspiel zwischen biologisiertem Implantat und physiologischem Umfeld sind wissenschaftliche Trends, die die Versorgung im Gesundheitswesen verbessern und Kosten verringern können. Aktuelle Herausforderungen für die pharmazeutische Industrie sind die Verbesserung individueller Therapien, die Entwicklung neuer Wirkstoffe sowie die Erhöhung der Wirksamkeit von Medikamenten durch optimierte Formulierungen. Neue produktschonende Extraktions-, Aufarbeitungs- und Stabilisierungsverfahren sind für Lebensmittel und Kosmetika gleichermaßen von Interesse. Im Geschäftsfeld Gesundheit erarbeiten wir hierzu in zumeist disziplinübergreifenden Projekten Lösungen.

 

Vernetzung und Kooperation

Zusammen mit Instituten des Fraunhofer-Verbunds Life Sciences, der Allianz Food Chain Management und der Allianz Big Data können wir die Wertschöpfungsketten für die Branchen Medizin(technik) und Diagnostik, Pharmazie, Kosmetik und Lebensmittel nahezu vollständig abdecken.

Beschichtungen und Biomaterialien für die Medizintechnik

Bei der Herstellung von Implantaten und Medizinprodukten spielen die Eigenschaften der verwendeten Materialien eine große Rolle. Für die Optimierung der Oberflächeneigenschaften etablierter Medizinprodukte (z. B. Stents) nutzen wir besonders Plasmaverfahren, um bioaktive oder antibakterielle Oberflächen zu generieren, und testen die Effektivität und Biokompatibilität der Oberflächen an In-vitro-Gewebemodellen. Auch bioabbaubare Beschichtungen für Knochenimplantate, die durch Zelladhäsion die Selbstheilung fördern, werden entwickelt.

Speziell für Implantate untersuchen wir im Forschungsgebiet Biomaterialien spezifische Zell-Material-Wechselwirkungen und entwickeln und optimieren Materialien wie elektrogesponnene, bioabbaubare Fasern oder Hydrogele. Ein Fokus liegt auf der Untersuchung und Nachbildung der extrazellulären Matrix – als das quasi optimale Biomaterial nach dem Vorbild der Natur.

 

Forschungsthemen und Referenzprojekte

Personalisierte Medizin

Im Mittelpunkt der personalisierten Medizin steht die Entwicklung zellbasierter Therapeutika, autologer Transplantate oder biologisierter Implantate. Das Fraunhofer IGB und der Institutsteil Würzburg mit dem Translationszentrum Regenerative Therapien bilden die gesamte Wertschöpfungskette bis zur GMP-konformen Herstellung von zellbasierten Therapeutika und Implantaten (ATMPs) und, gemeinsam mit einem Ärztenetzwerk, Studien der klinischen Phase I ab.

Kontaminationen der Transplantate analysieren wir zerstörungsfrei mit spektroskopischen, zellbasierten und molekularen Methoden nach GLP oder GMP. Einen neuen Ansatz zur Herstellung formstabiler gewebeähnlicher Strukturen (z. B. Knorpel, Fettgewebe) verfolgen wir mit dem 3D-Druck von Zellen auf UV-vernetzbare Hydrogele.

 

Forschungsthemen und Referenzprojekte

Molekulare Diagnostik

Neue Strategien zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten sind dringend erforderlich. Hier führt die Kombination von Methoden der funktionellen Genomanalyse mit unserer Expertise in der Zellkulturtechnik und der Infektionsbiologie zu einem Alleinstellungsmerkmal in der Entwicklung von Infektionsmodellen und Diagnostika.

Neue diagnostische Verfahren entwickeln wir auf Nukleinsäurebasis (diagnostische Microarrays, Biomarkerentwicklung auf Basis der DNA-Hochdurchsatzsequenzierung) oder mittels zellulärer Reportersysteme (Pyrogen-Assay). Mithilfe dieser Informationen können Maßnahmen für eine spezifische Behandlung eingeleitet oder personalisierte Medikamente für unterschiedliche Bevölkerungsgruppen entwickelt werden.

 

Forschungsthemen und Referenzprojekte

Wirkstoffentwicklung

Basierend auf eigenen Patenten hat das Fraunhofer IGB verschiedene Array-Technologien, Methoden für Hochdurchsatzsequenzierungsverfahren sowie humane Gewebemodelle entwickelt und ist dadurch in der Lage, Wirt-Pathogen-Interaktionen aufzuklären und Targets für neue Antiinfektiva zur Verfügung zu stellen. Neue Wirkstoffe identifizieren wir unter gezieltem Einsatz zellbasierter Assays beispielsweise für immunmodulatorische Substanzen oder Antiinfektiva auf der Grundlage von Struktur-Wirkungsbeziehungen.

Potenzielle Wirkstoffe charakterisieren wir in vitro unter Verwendung organtypischer komplexer 3D-Gewebemodelle – sowohl »gesunder« als auch »erkrankter« Gewebe. Die Barriere-Gewebe des Menschen Haut, Darm, Atemwege und Blut-Hirn-Schranke werden als Gewebemodelle aus primären oder iPS-Zellen aufgebaut, um neue Wirkstoffe auf Absorption, Verteilung im Organmodell, Toxizität und Wirksamkeit zu untersuchen. In den Gewebemodellen simulieren wir klinische Therapie-Schemata, um neue prognostische Marker, Resistenz- oder Wirkungsmechanismen durch molekulare Methoden wie Genexpressions- und Proteomanalysen sowie mittels Histologie und konfokaler Raman-Spektroskopie zu identifizieren.

Darüber hinaus erarbeiten wir Verfahren zur Herstellung von Pharmaproteinen von der Etablierung neuer Expressionsvektoren über die Stammentwicklung in Mikroorganismen und Säugerzellen, die Optimierung von Fermentationsverfahren bis hin zur Aufreinigung der Pharmazeutika. Die Herstellung klinischer Prüfware nach GMP bieten wir über eine Fraunhofer-interne Kooperation an.

 

Forschungsthemen und Referenzprojekte

 

Formulierung und Freisetzungssysteme

Eine wesentliche Aufgabe bei der Entwicklung von Wirkstoffen und Kosmetika ist der gezielte Transport der Effektstoffe an den Zielort, also in ein Gewebe oder Organ. Eine zu überwindende Barriere für diesen gezielten Transport sind Zellmembranen. Auch die Metabolisierung der Wirkstoffe auf ihrem Weg im Körper verhindert mitunter, dass Substanzen die gewünschte Wirkung am Zielort entfalten. Um diese Hürden zu umgehen, arbeiten wir an nanopartikulären Strukturen, die Stoffe gezielt zum Wirkort transportieren und hier kontrolliert abgeben (Drug Delivery, Drug Release). Bei diesen partikulären Wirkstoffformulierungen binden wir den Wirkstoff in eine polymere Hülle oder Matrix ein.

Einen neuen Ansatz zum Verpacken und zum gezielten Transport von Wirkstoffen verfolgen wir mit Virus-like Particles als Vehikel.

 

Forschungsthemen und Referenzprojekte

Lebensmittel und Kosmetik

Die produktschonende, umweltverträgliche und effiziente Gewinnung funktioneller Inhaltsstoffe aus biogenen Roh- oder Reststoffen sowie Zwischenprodukten der Agrar- und Lebensmittelproduktion ist ein Schwerpunkt am Fraunhofer IGB. Im Mittelpunkt stehen die Entwicklung von Verfahren zur Extraktion und Fraktionierung mittels Hochdrucktechnik in der Kombination mit der Druckwechseltechnik (PCT) und die Anwendung elektrophoretischer und mechanischer Trennverfahren für die Aufreinigung der Inhaltsstoffe. Für die Produktion von Wertstoffen aus Mikroalgen, beispielsweise Omega-3-Fettsäuren (EPA) und Carotinoiden wie Fucoxanthin, Lutein oder Astaxanthin, entwickeln wir effiziente Extraktionsverfahren mit überkritischen Fluiden.

In einem zweiten Bereich entwickeln wir neue Verfahren zur Stabilisierung und Konservierung von Lebensmitteln, Kosmetika und Arzneistoffen sowie pflanzlichen Extrakten. Verschiedene physikalische Verfahren, beispielsweise Mikrowellen oder Druckwechseltechnik, untersuchen wir auf ihre Wirkung, mikrobielle Kontaminationen zu inaktivieren. Dabei legen wir Wert darauf, dass die Inhaltsstoffe der Produkte möglichst schonend behandelt werden und ihre biologische Funktion bei der Behandlung nicht beeinträchtigt wird.

 

Forschungsthemen und Referenzprojekte

Welche Abteilungen forschen für die Gesundheit?

Klar ausgerichtet auf das Geschäftsfeld Gesundheit sind die Abteilungen Molekulare Biotechnologie und Zell- und Tissue Engineering sowie das Translationszentrum in Würzburg. Dank der interdisziplinären Ausrichtung des Fraunhofer IGB tragen aber auch die Abteilungen Grenzflächentechnologie und Materialwissenschaften mit optimierten Oberflächen für etablierte Medizinprodukte und Formulierungssystemen als auch die Abteilung Physikalische Prozesstechnik mit ihrem Schwerpunkt »Aseptische Technologien« zum Geschäftsfeld bei.