Zusammenarbeit bringt Medizinforschung voran

Zum 1. Dezem­ber 2017 ging in Würzburg das Forschung­spro­jekt »Pro­to­typ­is­che Mate­ri­alen­twick­lung für Stam­mzel­lan­wen­dun­gen in Biore­ak­toren« der Fraun­hofer-Gesellschaft an den Start. Das von den bei­den Fraun­hofer-Insti­tuten für Sil­i­cat­forschung ISC und für Bio­medi­zinis­che Tech­nik IBMT gemein­sam betriebene Pro­jekt soll im weit­eren Ver­lauf zu einem Pro­jek­tzen­trum weit­er­en­twick­elt wer­den. Dieses soll mit­tel­fristig die Lücke zwis­chen der Entwick­lung und Her­stel­lung indi­vid­u­al­isiert­er Test­sys­teme für Wirk­stoffe im Labor und dem tech­nis­chen Ein­satz in der Phar­maen­twick­lung durch die Entwick­lung automa­tisiert­er Zell­pro­duk­tion­s­abläufe in Verbindung mit inno­v­a­tiv­en Mate­ri­alien schließen.

Der Weg zu einem neuen Wirk­stoff ist lang. Poten­zielle Ther­a­peu­ti­ka müssen in lang­wieri­gen Ver­fahren hin­sichtlich ihrer Wirk­samkeit und möglich­er Neben­wirkun­gen getestet wer­den. In der Regel wer­den für Wirk­stoff­screen­ings Zel­lkul­turen tierischen Ursprungs ver­wen­det und Tierver­suche durchge­führt – die Über­trag­barkeit der Ergeb­nisse aus den Stu­di­en auf den Men­schen ist jedoch immer mit Unsicher­heit behaftet.

Wirkstoffe individuell testen

Eine höhere Zuver­läs­sigkeit bieten Test­sys­teme auf der Basis von men­schlichen Stam­mzellen, die entsprechende Organe simulieren. Stam­mzellen haben den Vorteil, dass sie sich unter definierten Bedin­gun­gen in genau die Zell­typen entwick­eln lassen, deren Reak­tion auf Wirk­stoffe getestet wer­den soll. Die höch­ste Wand­lungs­fähigkeit haben hier soge­nan­nte embry­onale Stam­mzellen. Ethis­chen Bedenken gegenüber dem Ein­satz von embry­onalen Stam­mzellen wie auch die geringe Ver­füg­barkeit haben dazu beige­tra­gen, dass alter­na­tive Wege für die Erzeu­gung von nutzbaren huma­nen Stam­mzellen gesucht – und gefun­den – wur­den. Im Jahr 2012 wurde der Japan­er Shin’ya Yamana­ka gemein­sam mit John Gur­don mit dem Nobel­preis für Phys­i­olo­gie und Medi­zin aus­geze­ich­net, weil es ihnen gelun­gen war, aus nahezu beliebi­gen men­schlichen Zell­typen – z. B. Hautzellen – embry­on­al-ähn­liche Stam­mzellen zu erzeugen.

Preisgekröntes Verfahren für die Arzneimittelherstellung nutzbar machen

Das mit dem Nobel­preis gewürdigte Ver­fahren zur Her­stel­lung soge­nan­nter »induziert­er pluripo­ten­ter Stam­mzellen« (iPSC) aus beliebi­gen Kör­perzellen wird bere­its von vie­len Forschungs­grup­pen im Labor­maßstab angewen­det. Ein weit­er­er Vorteil des Ver­fahrens ist die Möglichkeit, indi­vidu­elle Test­sys­teme auf Basis patien­teneigen­er Zel­lkul­turen herzustellen. So kön­nten indi­vid­u­al­isierte Tes­tumge­bun­gen geschaf­fen wer­den. »Was bis­lang fehlt, ist eine zuver­läs­sige und leis­tungs­fähige Prozesstech­nik, mit der das auch in einem für indus­trielle Phar­maforschung rel­e­van­ten Maßstab umge­set­zt wer­den kann. Diese Lücke wollen wir nun schließen«, so Prof. Dr. Heiko Zim­mer­mann, Insti­tut­sleit­er des in Sulzbach/Saarland behei­mateten Fraun­hofer IBMT. Das Fraun­hofer IBMT arbeit­et schon seit über zehn Jahren erfol­gre­ich auf dem Gebi­et der iPSC-Forschung und bringt wesentlich­es Know-how für die Hochskalierung der Zel­lkul­tur und für die Entwick­lung effizien­ter Dif­feren­zierungsabläufe mit in das neue Würzburg­er Projektzentrum.

Der Stan­dort Würzburg ist mit Bedacht gewählt. »Das Fraun­hofer ISC gibt mit sein­er Kom­pe­tenz im Bere­ich der Bio­ma­te­ri­alien wichtiges Know-how für die Her­stel­lung von Scaf­fold­struk­turen und Kon­tak­to­ber­flächen, wie sie für die Zel­lkul­turen benötigt wer­den. Außer­dem stellen wir erste Bio­labors und die Infra­struk­tur für den Auf­bau ein­er automa­tisierten Pro­duk­tion an unserem Stan­dort in Würzburg zur Ver­fü­gung«, erläutert Insti­tut­sleit­er Prof. Dr. Ger­hard Sextl. Durch die kür­zlich erfol­gte Inte­gra­tion des Fraun­hofer-Trans­la­tion­szen­trums für Regen­er­a­tive Ther­a­pi­en TLZ-RT unter der Leitung von Frau Prof. Dr. Heike Walles in das Fraun­hofer ISC erweit­ere sich die unter­stützende Exper­tise für biol­o­gisierte Medi­z­in­pro­duk­te, auch beste­he über den assozi­ierten Lehrstuhl für Tis­sue Engi­neer­ing und Regen­er­a­tive Medi­zin eine enge Verbindung zur Uni­ver­sität Würzburg. »Die Ansied­lung des neuen Forschungss­chw­er­punk­ts Stam­mzell­prozesstech­nik am ISC stellt im engen Ver­bund mit der Julius-Max­i­m­il­ians-Uni­ver­sität und dem Uni­ver­sität­sklinikum eine wertvolle Bere­icherung für den Forschungs­stan­dort Würzburg dar. Die enge inter­diszi­plinäre Koop­er­a­tion mit Lehrstühlen und Ein­rich­tun­gen in der Medi­zin sowie den Lebens- und Natur­wis­senschaften ermöglicht einen direk­ten Wis­senstrans­fer zur anwen­dungsna­hen Entwick­lung mod­ern­ster Tech­nolo­gien im Umgang mit Stam­mzel­lkul­turen und Bio­ma­te­ri­alien«, führt Uni­ver­sität­spräsi­dent Prof. Dr. Alfred Forchel aus. »Das zukün­ftige Pro­jek­tzen­trum kön­nte damit ein inte­gri­ertes Port­fo­lio für die Entwick­lung anwen­dungsspez­i­fis­ch­er Hochdurch­satz-Pro­duk­tion­s­abläufe für Stam­mzel­lap­p­lika­tio­nen anbi­eten«, ergänzt Prof. Zim­mer­mann. Auch mit den bei­den großen bay­erischen Forschungsver­bün­den CARE und ForIPS arbeite man bere­its eng zusam­men. So wird eine bis­lang in Europa einzi­gar­tige Kom­bi­na­tion von Forschung und Entwick­lung für Biore­ak­toren, Tis­sue-Engi­neer­ing-Scaf­folds und neuar­tiger, autonomer Zell­pro­duk­tion zusam­menge­bracht. Damit sollen stan­dar­d­isierte Pro­duk­tion­sprozesse für Stam­mzell-Kul­turen geschaf­fen wer­den, die sich indi­vidu­ell je nach Anwen­dungs­ge­bi­et für die Arzneimit­telforschung anpassen und spez­i­fizieren lassen. Desig­nierte Geschäfts­führerin für das zukün­ftige Pro­jek­tzen­trum ist Frau Dr. Julia Neubauer vom Fraun­hofer IBMT.

»Der Lück­en­schluss zwis­chen der Entwick­lung indi­vid­u­al­isiert­er Test­sys­teme für Wirk­stoffe im Labor ein­er­seits und ihrem tech­nis­chen Ein­satz in der Phar­maen­twick­lung ander­er­seits ist eine der größten Her­aus­forderun­gen für die kün­ftige Wet­tbe­werb­s­fähigkeit in der Phar­main­dus­trie«, unter­stre­icht Prof. Dr. Reimund Neuge­bauer, Präsi­dent der Fraun­hofer-Gesellschaft. »Mit dem Pro­jek­tzen­trum Stam­mzell­prozesstech­nik in Würzburg hat sich die Fraun­hofer-Gesellschaft das Ziel geset­zt, kün­ftig eine inte­gri­erte Lösung in diesem Sek­tor anzu­bi­eten.« Für das nun ges­tartete Grün­dung­spro­jekt zum Auf­bau des Pro­jek­tzen­trums wer­den dem Pro­jek­t­team drei Mil­lio­nen Euro zur Ver­fü­gung gestellt, zu je 50 Prozent vom Freis­taat Bay­ern und der Fraunhofer-Gesellschaft.

Sanierungskonzept für denkmalgeschützten Universitätsbau

Auch für die räum­liche Unter­bringung gibt es bere­its konkrete Planungen.
Mit der Inte­gra­tion des Fraun­hofer-Trans­la­tion­szen­trums Regen­er­a­tive Ther­a­pi­en in das Fraun­hofer-Insti­tut für Sil­i­cat­forschung ISC und dem erweit­erten Nutzungs- und Forschungskonzept zur Stam­mzell­prozesstech­nik wurde der Weg für die Sanierung der »Alten Augen­klinik« der Uni­ver­sität Würzburg geeb­net. Die Uni­ver­sität und die Fraun­hofer-Gesellschaft wer­den ver­traglich vere­in­baren, dass das Gebäude in den kom­menden 30 Jahren mit ein­er Option für weit­ere 10 Jahre von Fraun­hofer genutzt wer­den kann. Das Vorhaben ein­er baulichen Erweiterung für die langfristige Etablierung der zukun­ftsweisenden Forschung und Entwick­lung des Fraun­hofer ISC im Bere­ich Gesund­heit kann im Jahr 2018 ges­tartet wer­den. In sein­er Novem­ber­sitzung beschloss das für die strate­gis­chen Bau­maß­nah­men zuständi­ge Gremi­um von Bund und Län­dern, die Finanzmit­tel für die Erweiterung des Fraun­hofer ISC in Würzburg freizugeben.

Für Würzburg bedeutet dies »grünes Licht« für die seit langem disku­tierte Sanierung der »Alten Augen­klinik«. So kann das markante Gebäude an der »Wis­senschaftsmeile« Rönt­gen­ring nach vie­len Jahren des Leer­stands nicht nur grund­saniert, son­dern auch in einen für die zukün­ftige wis­senschaftliche Nutzung geeigneten Zus­tand ver­set­zt und mit mod­ern­stem wis­senschaftlichen Gerät aus­ges­tat­tet wer­den. Dafür wer­den Bun­des- und Lan­desmit­tel sowie Gelder aus dem Fonds für Regionale Entwick­lung (EFRE) der EU in Höhe von 23 Mio Euro zur Ver­fü­gung gestellt.

Das Gebäude am Rönt­gen­ring Nr. 12 wurde für die Würzburg­er Augen­klinik gebaut und am 1. Mai 1901 eröffnet. Während des Zweit­en Weltkrieges kaum beschädigt, diente es zur Unter­bringung von Sol­dat­en. Bei Kriegsende wurde es zunächst durch amerikanis­che Trup­pen beset­zt, später wieder als Augen­klinik genutzt, bis diese 1970 in den Stadt­teil Grom­bühl ver­legt wurde. Das his­torische Gebäude am Rönt­gen­ring wurde danach bis Anfang der 1980er Jahre von der Uni­ver­sitäts-Ner­ven­klinik genutzt. Saniert wurde sei­ther der Souter­rain für die Men­sa und der angren­zende his­torische Hör­saal­bau. Mit dem überzeu­gen­den Konzept für die zukün­ftige Nutzung durch das Fraun­hofer ISC und seine Part­ner kon­nten nun durch die Fraun­hofer-Gesellschaft Gelder für die umfassende Sanierung und den Aus­bau des his­torischen Gebäudes zu einem mod­er­nen Wis­senschaft­szen­trum einge­wor­ben wer­den. »Der Wis­senschafts­stan­dort Würzburg gewin­nt so neben ein­er bald wieder strahlen­den Per­le im baulichen Ensem­ble des Rönt­gen­rings auch ein neues Schw­ergewicht für seinen Forschungss­chw­er­punkt Gesund­heit im Bere­ich der anwen­dung­sori­en­tierten Forschung für Medi­z­in­tech­nik, Biotech­nolo­gie und Arzneimit­te­len­twick­lung«, freut sich Prof. Sextl.