Regenerative und personalisierte Medizin

Im Mittelpunkt der personalisierten Medizin am Fraunhofer IGB steht die Entwicklung zellbasierter Therapeutika, autologer Transplantate oder biologisierter Implantate. Mit Mitteln der regenerativen Medizin stimulieren Therapeutika aus patienteneigenen Zellen oder Implantate, die von körpereigenen Zellen besiedelt werden, körpereigene Reparatur- und Heilungsvorgänge, um Gewebe- und Organfunktionen wiederherzustellen.

Das Fraunhofer IGB und der Institutsteil Würzburg mit seinem Translationszentrum »Regenerative Therapien für Krebs- und Muskuloskelettale Erkrankungen« können hierzu die gesamte Wertschöpfungskette der Medizin bis zur GMP-konformen Herstellung von zellbasierten Therapeutika und Implantaten (ATMPs) und, gemeinsam mit einem Ärztenetzwerk, Studien der klinischen Phase I abbilden.

Implantate

Bei der Herstellung von Implantaten spielen die Eigenschaften der verwendeteten Materialien und ihre Wechselwirkung mit der physiologischen Umgebung eine entscheidende Rolle. Im Forschungsgebiet Biomaterialien untersuchen wir daher spezifische Zell-Material-Wechselwirkungen und entwickeln und optimieren Materialien für den Kontakt mit biologischen Systemen. Die hier entwickelten Biomaterialien entwickeln wir anschließend weiter im Hinblick auf den Einsatz als medizinisches Implantat.

Im Rahmen eigener Forschungsarbeiten haben wir eine Kollagen-I-Matrix etabliert, die qualitativ GMP/GLP-Anforderungen entspricht. Die Matrix wurde als Knorpeltransplantat für den klinischen Einsatz zugelassen und bildet die Grundlage für die Entwicklung weiterer biologischer Matrices als Implantate, die beispielsweise mit Komponenten der extrazellulären Matrix (ECM) gewebespezifisch angepasst werden.

Einen neuen Ansatz zur Herstellung formstabiler gewebeähnlicher Strukturen (z. B. Knorpel, Fettgewebe) verfolgen wir mit dem 3D-Druck von Zellen auf UV-vernetzbare Hydrogele.

Ein ebenso neues Feld sind Arbeiten zur extrazellulären Matrix. Die extrazelluläre Matrix (ECM) ist die natürliche physiologische Umgebung von Zellen und damit das quasi optimale Biomaterial. Wir haben eine ECM entwickelt, die künstliche reaktive Gruppen enthält und auch außerhalb des Körpers Zellen beherbergen kann. Über die reaktiven Gruppen kann sie als stabile Beschichtung auf Implantate aufgebracht werden.

Referenzprojekte

In-vitro-Gewebemodelle

Das Fraunhofer IGB hat eine Reihe verschiedener In-vitro-Modelle etabliert, die auf in vitro kultivierten humanen Primärzellen, Zelllinien oder adulten Stammzellen basieren. Dreidimensionale organoide Modelle können die komplexen Eigenschaften des Körpers widerspiegeln.

Weiterführende Informationen

 

Für den Aufbau patienten- und krankheitsspezifischer Testsysteme bieten iPS-Stammzelltechnologien und Organ-on-a-Chip-Systeme enormes Potenzial: Durch Reprogrammierung primärer Zellen, beispielsweise aus der Haut des Patienten, kann ein Chip mit patienteneigenen iPS-Zellen aufgebaut werden. Die Grundlagen für diese Anwendungen werden in der Attract-Gruppe Organ-on-a-Chip des Fraunhofer IGB erarbeitet.

Personalisierte Diagnostik

Trotz gleicher Diagnose können Patienten unterschiedlich auf eine Therapie mit Medikamenten reagieren. Ziel der personalisierten Medizin ist es, Wirkstoffe und ihre Dosierung möglichst individuell auszuwählen bzw. anzupassen. Dazu ist es notwendig, eine umfassende Diagnostik des Patienten durchzuführen. Am Fraunhofer IGB kann dies mithilfe einer Next-Generation-Sequencing-Facility auf Nukleinsäure-Ebene vollumfänglich unterstützt werden.   

Markerfreier Nachweis von Kontaminationen

Potenzielle Kontaminationen der Implantate analysieren wir zerstörungsfrei mittels spektroskopischer oder Multiphotonenlaser-basierter Technologien.