Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien TLZ-RTBayerische Förderung: Fraunhofer-Institute in Würzburg treiben innovative Arzneimittelforschung mit zellbasierten Testsystemen voran
Am Freitag, den 13. Dezember 2024, besuchte Staatssekretär Tobias Gotthardt aus dem bayerischen Wirtschaftsministerium das Würzburger Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC und das Fraunhofer-Projektzentrum für Stammzellprozesstechnik. Der Termin war bereits seit geraumer Zeit festgelegt. Nun wurde er kurzfristig noch um eine erfreuliche Neuigkeit erweitert: die feierliche Übergabe eines Förderbescheids in Höhe von 6 Mio. Euro, mit dem das bayerische Wirtschaftsministerium den Ausbau der Forschung an zellbasierten fortschrittlichen Testsystemen zur Erforschung neuer Wirkstoffe und Arzneimittel in Würzburg unterstützt. Federführend im aktuellen Projekt »ORINTHERA« sind die beiden Fraunhofer-Institute für Biomedizinische Technik IBMT und für Silicatforschung ISC in Würzburg mit dem gemeinsamen Projektzentrum Stammzellprozesstechnik (SPT) und dem Fraunhofer-Translationszentrum für Regenerative Therapien (TLZ) des Fraunhofer ISC.
Klinische und pharmazeutische Forschung arbeiten kontinuierlich an neuen und besseren Therapien für Krankheiten. Doch bevor ein neues Medikament oder eine neue Therapie als sicher und wirksam eingestuft werden kann, sind oft Hunderte von Tests und Versuchen nötig – ein zeitaufwändiger und teurer Prozess.
Neue Impulse für die Pharmaforschung
Das neue Forschungsprojekt »ORINTHERA« wird in den nächsten 5 Jahren die Weichen für eine automatisierte und standardisierte Produktion von zellbasierten komplexen Testsystemen stellen. Wirtschaftsstaatssekretär Tobias Gotthardt: »Durch das Projekt beschleunigen wir die Entwicklung hoch funktioneller Gewebe-Modelle aus menschlichen Zellen und machen diese sicherer. Damit können neue Therapien, Arzneimittel oder auch Impfstoffe schneller und trotzdem zuverlässiger für die Menschen verfügbar gemacht werden. Damit stärken wir den leistungsfähigen Innovationsstandort Bayern.«
»Kern des Projekts sind organähnliche Zellkulturen, die im Labor in vitro – also im Reagenzglas – aus menschlichen Stammzellen auf speziellen künstlichen Gewebestrukturen erzeugt werden, z. B. Herzmuskelzellen, die sich tatsächlich selbsttätig zusammenziehen«, erläutert Dr. Julia Neubauer, Geschäftsführerin des Projektzentrums SPT. Die Gewebestrukturen schaffen eine dreidimensionale Umgebung, die von Stammzellen oder sogenannten humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen, die aus nahezu beliebigen reifen Zellen zu Stammzellen umprogrammiert werden) besiedelt werden kann. »Die daraus entstehenden dreidimensionalen Zellkulturen können komplexe organartige Eigenschaften haben und werden deshalb als Organoide bezeichnet«, ergänzt Prof. Dr. Florian Groeber-Becker vom Translationszentrum für Regenerative Therapien am Fraunhofer ISC.
Solche Organoide könnten in Zukunft wichtige Testmodelle für neue Arzneimittel und die Entwicklung neuer Therapien sein, da sie direkt aus menschlichen Zellen hergestellt werden können. Sie könnten aussagekräftigere Studienergebnisse im Hinblick auf Wirksamkeit oder Verträglichkeit beim Menschen liefern als Tierversuche. Damit dies möglich wird, ist es zwingend notwendig, dass solche Organoide nach genau festgelegten Verfahren hergestellt werden. Außerdem müssen entsprechend standardisierte Testvorschriften entwickelt werden, um zuverlässige und reproduzierbare Testergebnisse zu erhalten.
Das Projekt »ORINTHERA« soll helfen, solche Studienvorschriften und Standards sowie die zugehörigen automatisierten Verfahren und die Materialien zu entwickeln, um Organoide effizient herstellen und einsetzen zu können. So sollen sie z. B. für die Arzneimittelindustrie besser nutzbar werden und die Entwicklung und Bereitstellung neuer sicherer Medikamente beschleunigen.
Forschung für die Energiewende
Weitere Schwerpunkte beim Besuch von Staatssekretär Gotthardt in Würzburg waren die für den Wirtschaftsstandort Bayern nicht weniger wichtigen Beiträge aus der Materialentwicklung des Fraunhofer ISC zu den Energiewende-Themen Batterieforschung und Wasserstofftechnologie sowie zu Digitalisierung und Raumfahrttechnologien.
Das Fraunhofer Forschungs- und Entwicklungszentrum Elektromobilität Bayern des Fraunhofer ISC treibt als eines der wichtigsten Batterieforschungszentren in Deutschland die Entwicklung neuer leistungsfähiger Batteriematerialien gemeinsam mit der Industrie voran. Die Würzburger Batterieexpertinnen und -experten bringen ihr Material- und Prozesswissen außerdem in die nachhaltigen Wiederverwendung und das ressourcenschonende, sogenannte »direkte« – das heißt funktionserhaltende – Recycling von Batterien sowie bei der Ausbildung von Fachkräften für die Batterieindustrie ein.
Die zweite Säule für eine CO2-freie Energieversorgung sollen zukünftig Wasserstofftechnologien werden. Hierfür stellt das Fraunhofer ISC in Zusammenarbeit mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg eine neue Klasse sensorischer Partikel her, die einen sicheren Umgang mit Wasserstoff ermöglichen und sich einfach einsetzen lassen. Solche „kommunizierenden Materialien“ werden auch in anderen Einsatzbereichen immer interessanter, z. B. in Kombination mit Digitalisierung und Automation.
Materialentwicklung – von »Bio« bis »Space«
Im Fraunhofer ISC werden Digitalisierung und Automatisierung von Materialentwicklungsprozessen in Kombination mit maschinellem Lernen mit Nachdruck verfolgt. Durch derartige sogenannte »materials acceleration«, also beschleunigte Materialentwicklung, erwartet man in der Fachwelt eine Revolution von Materialentdeckung und -optimierung. Durch Digitale Modelle von Materialien mit modellierten Eigenschaften werden verbesserte nachhaltige Werkstoffe automatisiert und robotergestützt entwickelt. Die Syntheseprozesse werden durch maschinelles Lernen verfeinert, bis die gewünschte Kombination von Materialeigenschaften erreicht ist. Digitalisierung und Automatisierung spielt am ISC auch in NewSpace-Projekten wie »NetPioneer« und »VLEO« eine wichtige Rolle. Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik EMI arbeitet man an kostengünstigen Materialien für harsche Bedingungen und smarten Fertigungstechnologien für die Serienfertigung von Kleinsatelliten im NewSpace. Diese Arbeiten sollen in einer modularen Fertigungsstätte münden.
»Das Institut erreicht so mit seinen Materialentwicklungen ein extrem weites Anwendungsspektrum – buchstäblich von der kleinsten Körperzelle bis in den Weltraum. Einzigartig in Bayern!« würdigte Staatssekretär Gotthardt die Arbeit des Fraunhofer ISC.