Gesundheit

Eine schnellere und genauere Diagnostik mittels molekularbiologischer Ansätze, neue Heilungschancen durch die regenerative Medizin und individualisierte Therapieansätze – unter anderem durch ein abgestimmtes Wechselspiel zwischen (biologisiertem) Implantat und physiologischem Umfeld – sind wissenschaftliche Trends, die vor dem Hintergrund einer gestiegenen Lebenserwartung an Bedeutung gewinnen. Damit einher geht die Notwendigkeit, die Wirksamkeit von Medikamenten zu erhöhen, beispielsweise durch optimierte Formulierungen und die gezielte Freisetzung von Wirkstoffen an ihrem Wirkort.

In diesen Themenfeldern erarbeitet das Fraunhofer IGB Lösungen mit dem Ziel, die medizinische Versorgung von Patienten zu verbessern und gleichzeitig Kosten im Gesundheitswesen senken zu können. Ein Schwerpunkt ist dabei die Entwicklung dreidimensionaler organoider In-vitro-Modelle aus menschlichen Geweben, die bereits in der präklinischen Forschung Aussagen über Wirkung und Nebenwirkung potenzieller Wirkstoffkandidaten erlauben – und Tierversuche ersetzen können.

Dem gestiegenen Gesundheitsbewusstsein tragen wir mit neuen produktschonenden Extraktions-, Aufarbeitungs- und Stabilisierungsverfahren für Lebensmittel Rechnung, die sich auch für Kosmetika einsetzen lassen.

 

Vernetzung und Kooperation
Mit unseren Kompetenzen tragen wir zum Angebot des Fraunhofer-Verbunds Life Sciences bei, die Wirkstoffentwicklung von ersten Screenings bis zur Herstellung von Prüfmustern abdecken zu können. Als Partner der Fraunhofer-Allianz Food Chain Management leisten wir mit der Entwicklung schonender Verarbeitungsprozesse für Lebensmittel einen Beitrag zur Gesundheitsvorsorge. Darüber hinaus sind wir in den Fraunhofer-Allianzen Big Data und Generative Fertigung vernetzt.

Beschichtungen und Biomaterialien für die Medizintechnik

Bei der Herstellung von Medizinprodukten spielen die Eigenschaften der verwendeten Materialien und die Wechselwirkung zwischen Material und biologischem System eine entscheidende Rolle. Das Fraunhofer IGB entwickelt bioaktive, biokompatible oder bioinerte Materialien für den Einsatz in Medizin und Medizintechnik, z. B. für Stents, Katheter und Implantate. Die Biokompatibilität der Materialien testen wir mit einem akkreditierten Prüfverfahren nach DIN EN ISO 10993-5.

Für Implantate untersuchen wir Zell-Material-Wechselwirkungen und entwickeln Materialien wie elektrogesponnene, bioabbaubare Fasern oder Hydrogele, die zu Biotinten für die additive Fertigung von Gewebemodellen weiterentwickelt werden. Neben biologischen Trägern entwickelt das Fraunhofer IGB auch miniaturisierte Röhrchen – als künstliche Versorgungssysteme für größere Gewebemodelle.

Personalisierte Medizin

Im Bereich der personalisierten Medizin entwickeln wir zellbasierte Therapeutika, autologe Transplantate und biologisierte Implantate.  Kontaminationen der Implantate analysieren wir zerstörungsfrei mit spektroskopischen und multiphotonenmikroskopischen Methoden. Einen neuen Ansatz zur Herstellung formstabiler gewebeähnlicher Strukturen (Knorpel, Fettgewebe) verfolgen wir mit dem 3D-Druck von Zellen auf UV-vernetzbare Hydrogele. Für den Aufbau patienten- und krankheitsspezifischer Testsysteme arbeitet das Fraunhofer IGB an iPS-basierten Organ-on-a-Chip-Systemen.

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.

Wirkstoffentwicklung

Mithilfe DNA-basierter Technologien und humaner Gewebemodelle klären wir Wirt-Pathogen-Interaktionen auf, um neue Zielstrukturen für Antibiotika und zur Unterstützung der eigenen Immunabwehr zu identifizieren. Potenzielle Wirkstoffe untersuchen wir mit zellbasierten Assays, z. B. für immunmodulatorische Substanzen, auf der Grundlage von Struktur-Wirkungsbeziehungen.

Für die Untersuchung von Wirkung und Nebenwirkungen potenzieller Wirkstoffe entwickeln wir dreidimensionale In-vitro-Gewebemodelle und Organ-on-a-Chip-Systeme auf Basis humaner primärer oder iPS-Zellen, die Tierversuche ersetzen können.

Zudem erarbeiten wir Verfahren zur Herstellung von Pharmaproteinen: von der Etablierung neuer Expressionsvektoren, über die Stammentwicklung bis hin zur Aufreinigung der Pharmazeutika. Die Herstellung klinischer Prüfware nach GMP bieten wir über eine Fraunhofer-interne Kooperation an.

Formulierung und Freisetzungssysteme

Ein entscheidender Faktor bei der Entwicklung von funktionellen Inhaltsstoffen oder Wirkstoffen ist der Transport der Substanzen an ihren Zielort, beispielsweise in ein Gewebe oder eine Zelle. Am Fraunhofer IGB entwickeln wir Strukturen, die Stoffe gezielt zum Wirkort transportieren (Drug Delivery) und dort kontrolliert abgeben (Drug Release). Den Wirkstoff formulieren wir beispielsweise in eine Matrix, die aus biobasierten, polymeren oder silikatischen Materialien in Form von (Nano-)Partikeln oder Schichten besteht. Hierzu nutzen wir verschiedene Verfahren, wie beispielsweise Sprühtechnologien, Lösungsmittelverdampfung, Emulsionen oder Dispersionen.

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

Lebensmittel und Kosmetik

In diesem Themenfeld ist unser Ziel, funktionelle Inhaltsstoffe aus biogenen Roh- oder Reststoffen, Zwischenprodukten der Agrar- und Lebensmittelproduktion und Mikroalgen zu gewinnen. Hierzu entwickeln wir produktschonende Verfahren zur Extraktion (überkritische Fluide, Hochdruck in Kombination mit Druckwechseltechnik) und reinigen die Produkte mit elektrophoretischen und mechanischen Trennverfahren auf.

Zudem erarbeiten wir neue physikalische Verfahren zur Stabilisierung und Konservierung von Lebensmitteln, Kosmetika und Arzneistoffen sowie pflanzlichen Extrakten. Da die Verfahren bei niedrigen Temperaturen arbeiten, wird die biologische Funktion wertvoller Inhaltsstoffe, etwa von Vitaminen, nicht beeinträchtigt.

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.