Mit Nanoporen gegen Krankheiten
Neuartige Filtermedien mit Porengrößen im Mikro- und Nanometerbereich sollen unter anderem die schonende Zellseparation von Blut ermöglichen
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Bild oben: Tom Enderlein, Wissenschaftlicher Mitarbeiter des Zentrums für Mikrotechnologien der TU Chemnitz, präsentiert in einem Reinraum einen mikrofluidischen Chip. Bild unten: Blick durch das Lichtmikroskop: In diesem Mikrosieb mit integrierter Stützstruktur sind die kreisrunden Poren, die derzeit noch einen Durchmesser von etwa 70 Mikrometer haben, gut zu erkennen. Die Chemnitzer Forscher arbeiten an der Reduzierung des Porendurchmessers bis in den Bereich von wenigen Nanometern. Fotos Zentrum für Mikrotechnologien/Andreas Morschhauser, Professur Physikalische Chemie/Doreen Wachner |
Blut- oder Plasmaspender kennen ihn vielleicht - den Zellseparator. In diesem System werden aus dem Blut Zellen von nicht zellulären Begleitstoffen getrennt - zum Beispiel Blutkörperchen vom Blutplasma. Da die Unversehrtheit der abgetrennten Zellen oberste Priorität besitzt, werden an diesen Prozess höchste Qualitätsanforderungen gestellt. Da biologische Zellen gegenüber mechanischer Beanspruchung empfindlich reagieren und zusätzlich zu Verklumpungen neigen, muss die Zellseparation möglichst sanft und sehr zuverlässig funktionieren. Während die Zellseparation für große Mengen Blut - wie bei der Plasmaspende - Standard ist, sind schonende Verfahren für kleine Probenmengen noch Gegenstand der Forschung.
Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Technischen Universität Chemnitz entwickelt derzeit für diese Form der Zellseparation neuartige Filtermedien mit Porengrößen im Mikro- und Nanometerbereich, um die Zellen mit minimalem mechanischem Stress isolieren zu können. Im so genannten Innovationslabor "Mikrosysteme mit hierarchischen Polymerstrukturen" (MikroHips) arbeiten die Professur Physikalische Chemie unter Leitung von Prof. Dr. Werner A. Goedel, die Professur für digitale Drucktechnologien und Bebilderungstechnik unter Leitung von Prof. Dr. Reinhard Baumann und das Zentrum für Mikrotechnologien unter Leitung von Prof. Dr. Thomas Geßner zusammen. Die Professur für Marketing und Handelsbetriebslehre, die von Prof. Dr. Cornelia Zanger geleitet wird, unterstützt das Projekt aus betriebswirtschaftlicher Sicht auf dem Weg zur Marktreife und koordiniert alle Anfragen aus Wissenschaft und Praxis. Den Chemnitzer Wissenschaftlern steht zudem ein industrieller Beirat mit Vertretern aus den Bereichen Biotechnologie und Diagnostik zur Seite. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt bis Ende 2011 mit 1,2 Millionen Euro im Rahmen des Förderprogramms "Forschung für den Markt im Team" (ForMaT).
In einem Teilprojekt widmen sich die Wissenschaftler insbesondere einem Spezialfall der Zellseparation - der Plasmaseparation in der dezentralen Humandiagnostik. "Dabei werden alle Blutzellen vom flüssigen Blutplasma getrennt, da diese die Ergebnisse der Blutanalyse beeinflussen können", erklärt Geßner und ergänzt: "Durch die Möglichkeiten der Mikrofluidik konnten in den letzten Jahrzehnten viele Analysen in so genannten Lab-on-Chip-Systemen miniaturisiert werden. Sind diese medizintechnischen Systeme klein, mobil und hochintegriert, spricht man auch von patientennahen oder auch Point-of-Care-Systemen. Diese können sowohl von medizinischem Fachpersonal als auch von Laien verwendet werden." Vorteile solcher Point-of-Care-Systeme sind neben den geringen Probenmengen, die benötigt werden, vor allem die zeitnah vorliegenden Analyseergebnisse. Diese können dann zu einer schnelleren Einleitung geeigneter Therapiemaßnahmen und damit zu einer schnelleren Genesung des Patienten führen. Solche mobilen Analysesysteme haben zum Beispiel in Form von Blutzucker- oder Lactose-Messgeräten längst Einzug in unseren Alltag gefunden.
"Bei der Entwicklung solcher komplexen Systeme besteht jedoch das Problem, dass nicht alle makroskopischen Prozesse ohne weiteres miniaturisiert und in ein mikrofluidisches Analysesystem integriert werden können", sagt Geßner. Ein weiteres zentrales Ziel des MikroHips-Projektes bestehe daher in der Entwicklung eines Plasmaseparations-Moduls basierend auf Mikrosieben. Und dazu haben die Forschungsgruppen der Professoren Goedel und. Baumann eine Technologie patentiert, mit der aus einer Kombination von traditionellen Membrantechnologien und Drucktechniken entsprechende Mikrosiebe individuell und effizient hergestellt werden können. Diese Mikrosiebe helfen entscheidend bei der Integration der Zellseparation in künftige Lab-on-Chip-Systeme.
Stichwort: Förderprogramm "Forschung für den Markt im Team" (ForMaT)
Mit dem zweistufigen Förderprogramm ForMaT will das Bundesministerium für Bildung und Forschung Ergebnisse aus der öffentlichen Forschung besser und schneller für die Wirtschaft nutzbar machen. Zum einen sollen Wissenschaftler schon in einer frühen Projektphase analysieren, inwieweit sich ihre Forschungen für eine Verwertung am Markt eignen bzw. welche spezifischen Markt- und Kundenanforderungen für die Verwertung berücksichtigt werden müssen. Zum anderen fördert das Programm die interdisziplinäre Zusammenarbeit technisch-naturwissenschaftlicher und wirtschafts- oder geisteswissenschaftlicher Fachbereiche.
Die TU Chemnitz zählt zu den elf der ursprünglich 35 ausgewählten ostdeutschen Forschungsprojekte, welche ihre Arbeit in der zweiten Förderphase der zweiten Runde des Wettbewerbes "ForMaT" aufgenommen haben. Das interdisziplinäre Forschungsteam aus Chemnitz stellte überzeugend die Verwertungspotenziale ihrer neuartigen Filtermedien und des Plasmaseparations-Moduls unter Beweis. Nun gilt es, bis Ende 2011 diese Innovationen entsprechend den Bedürfnissen des Marktes und der Kunden weiterzuentwickeln und die Verwertung intensiv vorzubereiten. So sollen Wege für weitere Entwicklungen in der medizinischen Biotechnologie geebnet und damit ein wesentlicher Beitrag zur Krankheitsvorsorge und -bekämpfung geleistet werden.
Homepage des Projektes: http://www.tu-chemnitz.de/mikrohips
Weitere Informationen erteilt Dr. Sandra Kaminski, Professur für Marketing und Handelsbetriebslehre, Telefon 0371 531-35382, E-Mail sandra.kaminski@wirtschaft.tu-chemnitz.de
Mario Steinebach
23.02.2010
