Referenzen

Die Biotechnologie ist Bestandteil des Strategischen Forschungsfelds Bioökonomie der Fraunhofer-Gesellschaft: Die Produktion neuartiger Substanzen mit Hilfe lebendiger Organismen soll Kranke heilen, knapp werdende Rohstoffe ersetzen und unser Leben einfacher und komfortabler machen. Im Verlauf der letzten 30 Jahre konnte durch Digitalisierung die Profitabilität und Qualität erhöht und die Zeit bis zur Markteinführung in der chemischen Industrie gesenkt werden. Dieses Potential wird aktuell in den meisten Bioprozessen und zugehörigen Firmen bestenfalls ansatzweise erkannt oder gehoben.

Das Ziel im DiBi-Projekt ist es unter Nutzung industrieller Laborautomatisierungssysteme ein miniaturisiertes Hochdurchsatz-Kultivierungssystem für Pflanzenzellen zu entwickeln, dass die Produktionsbedingungen von Bioreaktoren abbildet und die parallele Testung von Bedingungen innerhalb von einer Woche ermöglicht. Im Vorhaben soll das in den Vorarbeiten entwickelte einfache unstrukturierte White-Box zu einem unstrukturierten Grey-Box-Modell für den pflanzlichen Stoffwechsel weiterentwickelt werden. Softwaremodule mit interaktiver graphischer Schnittstelle für die mehrkriterielle Prozessoptimierung mittels iterativer Modellbildung, Versuchsplanung, und Modellanpassung sollen aufgebaut und anhand eines Praxistest für ein komplexes Protein produzierenden Zelllinie durchgeführt werden.

Bei den meisten In-vivo-Gentherapieanwendungen werden virale Vektoren eingesetzt, mit denen die gewünschten Gene effizient in die Zielzellen eingeschleust werden können, indem sie den viralen Infektionsprozess nachahmen. Der virale Gentransfer leidet jedoch unter Sicherheitsproblemen, wie z. B. der Insertionsmutagenese, und erfordert alternative, nicht virale Ansätze für den Gentransfer in Zellen. Das EU-finanzierte Projekt ENDOSCAPE schlägt vor, Moleküle einzusetzen, die das Entkommen aus Endosomen, den Zellorganellen, die für das Einfangen und den Abbau von internalisierten Molekülen verantwortlich sind, erleichtern. Die Idee besteht darin, ein molekulares Gerüst zu erstellen, das diese Enhancer zusammen mit dem gewünschten Gen und einem zielgerichteten Liganden umfasst, um das Problem der zytosolischen und nukleären Übertragung von Gentherapeutika zu lösen.

Derzeitige Biosensoren sind in Bezug auf Kosten, Sensitivität und die Fähigkeit zur Mehrfachanalyt-Detektion limitiert. Diese Einschränkungen stellen Herausforderungen für die Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskraft dar. BioQuant zielt darauf ab, durch die Kombination von DNA-stabilisierten Metall-Quantum-Clustern mit Mikrofluidik eine neuartige, leistungsstarke Biosensorplattform zu entwickeln, die die Effizienz der Analysemethoden signifikant erhöht.

Derzeit ist die chemische Synthese komplexer feiner Chemikalien, insbesondere solcher mit chiralen Zentren, herausfordernd und zeitaufwendig. Seitens der chemischen Industrie besteht ein hoher Bedarf , kosteneffiziente und umweltfreundliche Produktionsmethoden zu entwickeln, um mit dem globalen Markt, konkurrieren zu können, um die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen und europäischen Industrie zu stärken.

Im Angesicht der Energiewende stellen Solarkraftstoffe eine nachhaltige Lösung für eine umweltschonenden Energieversorgung dar – ob in der Mobilität, Privathaushalten oder in Industriebranchen mit hohem CO2-Ausstoß. Ein vielversprechender Ansatz zur Herstellung von Solarkraftstoff ist die künstliche Photosynthese; jedoch sind die derzeitigen Systeme ineffizient und aufgrund der hohen Kosten für den Einsatz in der Industrie ungeeignet. Das EU-Projekt SUNGATE will diesen Einschränkungen entgegenwirken und kombiniert dazu die Grundlagen der künstlichen Photosynthese mit der Photoelektrokatalyse sowie der Flowmikroreaktortechnik und Biotechnologie. Das übergeordnete Ziel von SUNGATE ist es, eine Technologie bereitzustellen, die eine kosteneffiziente globale Energieversorgung gewährleisten kann und bis zum Jahr 2050 zur Klimaneutralität beiträgt.

Das übergeordnete Ziel des Graduiertenkollegs (GRK) mit dem Titel "Tumor-Targeted Drug Delivery" (Akronym 2(TD)) ist es, die aktuellen Herausforderungen auf dem Gebiet der Entwicklung des Krebs-DDS anzugehen und therapeutische und theranosetische Szenarien zu erforschen, die zu verbesserten Patientenresultaten führen und eine klare Perspektive für die klinische Übersetzung haben. Während sich die Mehrzahl der Forschungskonsortien im Bereich Drug-Delivery in Deutschland und Europa primär auf neue Materialien für die Nanomedizin konzentriert, wird sich 2(TD) auf medizinische Bedürfnisse und klinische Anwendungen konzentrieren und darauf abzielen, Fallstricke bei der Übersetzung von tumorgerichteten Drug-Delivery-Konzepten systematisch zu identifizieren und zu überwinden. Zu diesem Zweck wird das 2(TD)-Konsortium Wissen generieren und die Zusammenarbeit an den Schnittstellen der Schlüsselbereiche Tumorbiologie, chemische Verfahrenstechnik und klinische Medizin fördern.

Das International Center for Networked, Adaptive Production (ICNAP) geht auf eine Initiative des Landes Nordrhein-Westfalen und der Fraunhofer-Gesellschaft mit intensiver Unterstützung aus der Industrie zurück, die als Fraunhofer-Leistungszentrum »Vernetzte, adaptive Produktion« Ende 2016 in Aachen gestartet wurde. Aufgabe des Leistungszentrums ist es, eine offene Forschungsplattform und Testumgebung für die Industrie zu entwerfen, in der neue Konzepte einer digitalisierten Produktion und deren Transfer in die Industrie erforscht und praxisnah erprobt werden können. Das ICNAP ist aus dieser Initiative hervorgegangen und verstetigt die gute Zusammenarbeit in den Industrieprojekten. So können nun auch weitere Unternehmen als Partner innerhalb der Community von den Arbeiten des Leistungszentrums profitieren.

In der von Dr. Johannes Buyel geleiteten Nachwuchsgruppe »FAST-PEP« soll die Expertise des Fraunhofer IME im Bereich des Plant Molecular Farming erweitert werden und zentrale Hürden in der Bioprozessentwicklung im Produktionssystem Pflanze/Pflanzenzelle überwudnen werden. Ziel des ATTRACT-Projekts ist die Etablierung einer Hochdurchsatz-Expressions- und Reinigungsplattform für pharmazeutisch, agrarwirtschaftlich und kosmetisch relevante Proteine, z.B. dringend benötigte Impfstoffe und Antikörper für die Krebstherapie, aus Pflanzen sowie weiteren biologischen Quellen. Das System birgt großes Marktpotential, da es die zentralen Probleme der Bioprozessentwicklung lösen kann.

Feinchemikalien stellen einen wesentlichen Grundbaustein in der chemischen Industrie dar, die den Pharma- und auch Agrochemie-Markt bedient. Die chemischen Synthesen von Feinchemikalien durchlaufen für gewöhnlich mehrere Katalysator-gestützte Stufen, die derzeit noch im Batch-Verfahren durchgeführt werden und bei dem der Katalysator im Reaktionsansatz homogen verteilt ist. Diese Synthesen erfordern dadurch lange Umrüstzeiten sowie aufwändige Prozesskontrollen und Aufarbeitungsschritte, um die gewünschte Produktreinheit insbesondere für eine pharmazeutische Anwendung zu erlangen.