Fraunhofer-Institut in Sulzbach und St. Ingbert forscht an Stammzellen

Serie Gesundheitswirtschaft im Saarland : Medizinische Forschung im Grenzbereich

Am Fraunhofer-Institut in Sulzbach und St. Ingbert werden die Grundlagen für die Entwicklung von Ersatzorganen erforscht.

Im Saarland wird an den Medikamenten der Zukunft geforscht. „Wir wollen erreichen, dass mithilfe von Stammzellen neue Medikamente, die auf jeden Patienten speziell zugeschnitten sind, entwickelt werden können“, sagt Professor Heiko Zimmermann, Leiter des in Sulzbach und St. Ingbert beheimateten Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik (IBMT). In einem ersten Schritt werden dem Patienten körpereigene Zellen zum Beispiel aus der Haut entnommen. Sie werden dann zu sogenannten human induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) umgepolt.

„Diese können in jeden beliebigen Zelltyp verwandelt werden, so zum Beispiel in eine Herz- oder eine Leberzelle, um Erkrankungen an diesen Organen zu Leibe zu rücken“, erklärt der Institutsleiter. Das gleiche sei bei Hirnzellen denkbar, wenn es darum geht, Medikamente für Demenz zu entwickeln.

Entdeckt wurden die Verfahren, solche hiPS-Zellen zu erzeugen, von dem Japaner Shinya Yamanaka. 2012 erhielt er für seine Entdeckung den Medizin-Nobelpreis. Das IBMT hat das Potenzial dieser Zellen sehr früh erkannt und ist heute „europaweit führend in der Vermehrung und Lagerung von hiPS-Zellkulturen“, erläutert Zimmermann. „Zehn Prozent der weltweit verfügbaren Zell-Linien lagern in unsere Biobank in Sulzbach.“ Diese Zellen bildeten nicht nur die Grundlage für individuell abgestimmte Medikamente, sie seien auch eine mögliche Basis für die Entwicklung neuer Organe, die in nicht allzu ferner Zukunft Menschen eingepflanzt werden könnten. Zudem sei die Erforschung solcher Zellkulturen, die von Zellen erwachsener Menschen gewonnen werden, ethisch unbedenklich – im Gegensatz zu den embryonalen Stammzellen, die im menschlichen Embryo in einem sehr frühen Stadium vorkommen. „Darüber hinaus könnten sie bei der Erforschung neuer Medikamente Tierversuche in der frühen Entwicklungsphase weitgehend ersetzen“, sagt Zimmermann.

Eine weitere Herausforderung bei der Entwicklung neuer, individuell abgestimmter Medikamente ist die Überwindung der sogenannten Blut-Hirn-Schranke des menschlichen Körpers. Diese verhindert den unkontrollierten Übertritt von Blutbestandteilen oder im Blut gelösten Substanzen wie zum Beispiel Krankheitserregern, Toxinen oder Botenstoffen in die Gehirnflüssigkeit. Diese Schranke zwischen Blut und Nervengewebe ist lebensnotwendig. Nur so kann das Gehirn sicherstellen, dass seine Signale präzise übertragen werden. „Beim Kampf gegen Demenz oder Alzheimer könnte die Überwindung dieser Schranke jedoch entscheidend sein, weil damit die Therapiemöglichkeiten spürbar verbessert würden“, sagt der stellvertretende Leiter des IBMT, Professor Hagen von Briesen. Er forscht an hiPS-Stammzellen, die diese Schranke nachbilden, „um Wege zu finden, sie zu überwinden, damit neu entwickelte Medikamente ihre Wirkung im Gehirn voll entfalten können“. Zudem könnten Krankheiten wie Parkinson oder Alzheimer mit diesem Zellmodell besser als bisher erforscht werden. Hier bewegen sich die Wissenschaftler im Nanobereich – mit winzigen Substanzen von der Größe eines millionsten Millimeters.

Für Zimmermann ist das Einzigartige am IBMT, dass „wir einen engen Schulterschluss mit der pharmazeutischen Industrie haben“. Die Unternehmen „schätzen an unserer Arbeit, dass wir uns nicht mit dem einen Forschungsergebnis zufrieden geben, sondern auch stabile Prozesse entwickeln, um Zellen in großer Menge und hoher Qualität für das Testen von Medikamenten herstellen zu können“. Hierbei sei von Vorteil, dass die eine Hälfte der IBMT-Forscher aus dem Ingenieurbereich komme und die andere aus Biologen oder Physikern bestehe. „Dadurch sind wir nicht nur auf der Laborebene exzellent, zertifiziert mit dem Qualitätsstandard Gute Laborpraxis (GLP), sondern wir bauen auch Anlagen, die funktionieren“.

Professor Heiko Zimmermann, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik (IBMT). Foto: Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT)/Bernd Müller

Das IBMT fühlt sich im Saarland gut aufgehoben. „Die Ausrichtung der Universität, wie sie von Präsident Manfred Schmitt, der von Hause aus Molekular- und Zellbiologe ist, betrieben wird, kommt uns entgegen“, sagt Institutschef Zimmermann. Es gebe zudem eine gute Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM), dem HIPS – Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland sowie dem Zentrum für Bioinformatik. „Hier bildet sich eine Forschungslandschaft, die auch Firmen dazu bewegen kann, sich im Saarland niederzulassen oder wo sich junge Unternehmen (Start-ups) aus dem Instituts- und Universitätsumfeld in nennenswerter Zahl entwickeln können“, ist er überzeugt. „Diese Chance müssen wir ergreifen.“