Bio-Grenzflächen – Durch Wissen zu neuen Produkten

Der Wirtschaft eröffnet sich durch die Fähigkeit, synthetische und biologische Materialien aufeinander abzustimmen und biologische Systeme steuern zu können, enorme kommerzielle Potenziale. Schon heute wird in der Medizintechnik diese Schnittstelle für therapeutische oder diagnostische Zwecke eingesetzt. Bekannt sind beispielsweise Implantate aus biokompatiblen Materialien, die ein günstiges Einwachsverhalten in Körpergewebe zeigen, unerwünschte Entzündungen unterdrücken oder antimikrobielle Eigenschaften aufweisen, um das Risiko für Infektionen zu reduzieren.

 

Mikroraue Metalloberfläche nach Kontakt mit Blut. (Bild: Empa, Biointerfaces)

Immer mehr werden auch so genannte biomimetische Eigenschaften gesucht, in dem Grenzflächen Signale in die biologische Umgebung übermitteln und natürlich ablaufende Vorgänge nachahmen oder steuern. Grenzflächen lassen sich mit molekularen Erkennungsstellen versehen, an welche Moleküle oder Zellen ankoppeln und dann später als biologische Signalträger wieder freigesetzt werden. Weiter können Oberflächen auch gezielt topographisch strukturiert werden, und so die Bildung eines erwünschten Gewebes an der Grenzfläche zum künstlichen Material ermöglichen.

Die Schweiz verfügt im Themengebiet rund um Bio-Grenzflächen über ein einzigartiges Innovationsnetzwerk im Bereich der akademischen, klinischen und industriellen Forschung. Vor diesem Hintergrund fand Ende August an der Universität Zürich eine vom Nationalen Thematischen Netzwerk (NTN) «Innovative Oberflächen» (www.innovativesurfaces.ch), der Empa (www.empa.ch), der ETH Zürich (www.ethz.ch) und der Universität Zürich (www.usz.ch) sowie weiteren Ko-Organisatoren durchgeführte Tagung mit begleitender Industrieausstellung statt. Rund 480 Forschende, Industriespezialisten und Mediziner aus 27 Nationen trafen sich an der «Biointerfaces International 2016» zu einem interdisziplinären Austausch.

Die enge Zusammenarbeit zwischen BiologenInnen, MaterialwissenschaftlerInnen, IngenieurInnen und MedizinerInnen sei gemäss dem Tagungsinitiator und Materialwissenschafter Marcus Textor immer wieder von essenzieller Bedeutung für die erfolgreiche Entwicklung von Spitzenprodukten für die Medizintechnik. Darum sei es auch so wertvoll, wenn junge Forschende mit SpezialistInnen aus der Praxis und der klinischen Medizin zusammenkommen. Denn nur so könne es gelingen, dass die enormen Fortschritte in der Forschung eine Chance haben, zur Entwicklung neuer, besserer oder sicherer Produkte und Technologien in der Medizin und Industrie beizutragen.

 

Neue Technologien und Lösungsansätze

An der Materialforschungsinstitution Empa forscht in der Abteilung «Biointerfaces» unter der Leitung von Katharina Maniura ein Team von 35 Personen aus unterschiedlichen Disziplinen gemeinsam mit anderen Wissenschaftsinstitutionen, wie der ETH Zürich oder dem Kantonsspital St. Gallen und der Industrie an neuen Technologien. Ein Beispiel ist die Zusammenarbeit mit dem Oberflächenspezialisten Oerlikon Surface Solutions AG (www.oerlikon.com), der an einer neuen Generation bioaktiver, antimikrobieller Beschichtungen für metallische Trägermaterialien forscht beziehungsweise diese entwickelt. Obwohl in diesen Anwendungen heute schon viele Technologien angeboten werden, besteht nach wie vor ein grosser Forschungsbedarf hinsichtlich des Langzeitverhaltens solcherart veredelter Produkte, der weiteren Optimierung der klinischen Effizienz sowie der Optimierung der Produktionsprozesse. So werden in dem Projekt zwischen Empa, Oerlikon Surface Solutions AG und Stryker neben Wirksamkeit in Bakterienstudien, Verträglichkeit in Zellstudien mit menschlichen Zellen auch die genauen Bedingungen und Mechanismen der Bioaktivität der neuen Oberflächen erforscht.

Ein interessanter Beitrag in einem eng verbunden Themengebiet wurde von Joanna Aizenberg vom Wyss Institute der Harvard University (https:/wyss.harvard.edu) eingebracht: ein neu entwickeltes Konzept einer Oberfläche mit integrierten Flüssigkeiten (Slippery, Liquid-Infused Porous Surfaces SLIPS), welche zum Beispiel die Anhaftung eines breiten Spektrums von genetisch unterschiedlichen Bakterien verhindern oder welche ultraniedrige Reibungswerte aufweisen.

Ein weiterer Schweizer Forschungsbeitrag wurde durch Michael Mayer vom Adolphe Merkle Institut der Universität Fribourg (http://ami.swiss) vorgestellt, der mit seiner Gruppe neue Strategien zur Erforschung der Funktion einzelner Proteine in Lösung entwickelt. Dazu benutzt er mit Elektrolyten gefüllte nanoporösen Materialien und beschichtet diese mit sich selbst anordnenden Lipid-Membranbeschichtungen. Damit können Art und Eigenschaften von einzelnen Proteinmolekülen untersucht werden, mit grossem Potenzial, zum Beispiel für künftige Anwendungen in der ultrasensitiven Proteinanalytik und -trennung sowie in der Untersuchung von Proteinstrukturen und deren biologisch-medizinischen Eigenschaften.

 

Informative Workshops und Industrieausstellung

Zusätzlich zu den aus der Wissenschaft vorgestellten neuen Technologien fanden an der Tagung auch mehrere Workshops statt, in denen der Transfer neuer Erkenntnisse in die Medizin und in die Wirtschaft vorgestellt und diskutiert wurde.

Marcos Garcia-Pedraza von orgart VENTURES (www.orgart.com) diskutierte mit Jungunternehmern nicht nur die Herausforderungen auf dem Weg in die oft gesetzlich stark regulierte Anwendung, sondern kam mit verschiedenen Experten aus der Industrie und Risikokapitalgeber überein, dass Partnerschaften und Kollaborationen von Jungunternehmen mit etablierten, in den Märkten bereits präsenten Unternehmen sehr erfolgswirksam sein können. Bestätigt wurde dies auch durch Samuele Tosatti von der SuSoS AG (www.susos.com), der mit Beschichtungslösungen unter anderen für die Funktionalisierung unterschiedlicher Trägermaterialien von Biochips erfolgreich mit in Medizinmärkten etablierten kleineren und grösseren Unternehmen tätig ist.

Als drittes Element umfasste die Tagung auch eine Industrieausstellung, an der Unternehmen und Wissenschaftsinstitutionen neue Produkte und Verfahren in den Themengebieten Oberflächentechnik, Mess- und Charakterisierungsverfahren sowie der medizinischen Therapie und Analytik zeigten.

 

Ausblick

Jörg Güttinger vom Hauptorganisator Verein NTN Innovative Oberflächen (Teil der KTI Netzwerkaktivitäten) war über die vielen äusserst positiven Feedbacks der Teilnehmenden sehr erfreut. Er sieht das Engagement des Wissens- und Technologietransfernetzwerks im Themengebiet mit der Innovationsplattform «Funktionelle Oberflächen mit massgeschneiderten Eigenschaften» bestätigt. Die Tagung bildete eine Innovationslandschaft ab, in welcher der Standort Zürich eine wichtige Rolle spielt und die für die schweizerische Volkswirtschaft von herausragender Zukunftsbedeutung ist.

 

Auf www.biointerfaces.ch finden sich weitere Informationen und Videos der Referenten zum Thema.

 

 

Weitere Informationen zur Tagung und der Innovationsplattform «Antimikrobielle Oberflächen»:

Dr. Jörg Güttinger

Managing Director

Association NTN Innovative Surfaces

Lerchenfeldstrasse 5

9014 St. Gallen

Tel. 071 277 93 46

joerg.guettinger@innovativesurfaces.ch