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 kann über den Verbund Life Sciences und ein eigenes Ärztenetzwerk die gesamte Wertschöpfungskette der Medizin bis zur GMP-konformen Herstellung von zellbasierten Therapeutika und Implantaten (ATMPs) bis zu 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.

Zur Qualitätskontrolle und Charakterisierung von Implantat-Materialien setzen wir spektroskopische Verfahren ein. Damit können wir auch Veränderungen des Materials durch Beanspruchung sowie das Degradationsverhaltens des Implantats verfolgen und zerstörungsfrei potenzielle Kontaminationen der Implantate analysieren.

Referenzprojekte und weiterführende Informationen

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.

Zur markerfreien Identifikation von Stammzellen oder primär isolierten Zellen und zur Verfolgung der Gewebebildung in vitro bieten wir nicht-invasive Monitoring-Methoden an.

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 Medizin

Patienten-Gewebe lassen sich individuell hochsensitiv mittels Raman-Mikrospektroskopie charakterisieren. Zahlreiche komplexe Gewebsveränderungen (Diagnostik von Tumorgewebe, Knorpeldegradation, Alterungs- und Entzündungsprozesse) können so erfasst werden.

Raman-Mikrospektroskopie

 

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.

Next-Generation-Sequencing-Facility