Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand

ZIM-Erfolgsbeispiel

Elektrotechnik, Messtechnik, Sensorik

Kooperationsnetzwerke 033

Mit neuen Verfahren Medikamente besser ans Ziel bringenIm Netzwerk PPA werden hochsensitive Methoden und Geräte entwickelt, die Produkte und Prozesse mittels Spektroskopie zuverlässig analysieren. Die Ergebnisse sollen in den Life Sciences, zur Gefahrstoffdetektion und in der Gassensorik eingesetzt werden. Sie ermögli-chen z. B. auch, den Transport von Medikamenten in das Innere der Körperzellen zu verfolgen – dort, wo sie ihre Wirkung entfalten.

Das Produkt und seine Innovation „PPA“ steht für „Produkt- und Prozess-sicherheit mittels spektroskopischer Analytik“. Ziel des in Göttingen ansässigen ZIM-Netzwerks PPA ist die Entwicklung von hochsensitiven und gleichzeitig kos-tengünstigen Analysegeräten und -metho-den, mit denen Moleküle und Stoffe iden-tifiziert und quantifiziert werden können. Dabei verknüpfen die Aufgabenstellungen Grundlagen der Photonik, der Geräte- und Softwaretechnologie sowie die Anwen-dungsfelder „Life Sciences / Diagnostik“, „Gefahrstoffdetektion“ und „Gassensorik“ eng ineinander. So können innovative Spektrometer und Detektionsgeräte entsprechend der Markterfordernisse entwickelt werden.

Im Netzwerk wurden bereits fünf ZIM-Projekte erfolgreich beantragt, die sich mit der Identifikation von chemischen Stoffen

mittels Licht oder Röntgenstrahlen, der Anwendung neuer Messmethoden (z. B. SERS, surface-enhanced Raman spectro-scopy), der Detektion von Sprengstoffen (z. B. bei der Kontrolle an Flughäfen), mit der 3D-Mikrostrukturierung von Glas (z. B. für Probenträgersysteme) und auch mit bildgebenden Messverfahren zur räum-lichen Analyse von Strömungsfeldern beschäftigen.

Für spektroskopische Verfahren gibt es gerade im Life-Science-Bereich eine Viel-zahl von Anwendungen, da die Identifika-tion und Quantifizierung von Molekülen ein zentraler Aufgabenbereich sowohl bei diagnostischen Assays als auch in der pharmazeutischen Qualitätskontrolle sind.

In den FuE-Projekten der Netzwerkpart-ner spielt z. B. die Fluoreszenzspektro-skopie eine wichtige Rolle. Dies ist eine

Methode, die – ähnlich wie die Nobelpreis-gekrönte STED-Mikroskopie – fluoreszie-rende Moleküle benutzt.

STED steht für Stimulated Emission Depletion und wurde durch den Göttinger Professor Stephan Hell entwickelt. Er ist Mitglied des Vorstands des Laser-Laboratorium Göttingen e. V., welches das Netzwerk PPA initiiert hat. Mit dieser Methode können sogar einzelne Moleküle in lebenden Zellen mit Nanometerauf-lösung sichtbar gemacht werden.

Ein ähnlicher Ansatz wird auch vom Netzwerkpartner Ionovation GmbH ver-folgt, um den Transport therapeutischer Moleküle über biologische Membranen mit höchster Auflösung zu verfolgen.

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Projektlaufzeit: 01/2014 bis 12/2016

Das Projekt wurde gefördert vom Bundes minis-terium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.

Das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) fördert technologie- und branchenoffen:

→ ZIM-Einzelprojekte → ZIM-Kooperationsprojekte → ZIM-Kooperationsnetzwerke

Infos und Beratung zu KooperationsnetzwerkenVDI/VDE-ITSteinplatz 1, 10623 BerlinTelefon 030 310078-391www.zim-bmwi.de

ImpressumHerausgeberBundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Öffentlichkeitsarbeit11019 Berlinwww.bmwi.de

StandOktober 2015

Redaktion und GestaltungVDI/VDE-IT

BildnachweisTitel: fotolia.com-Africa StudioSeite 2: Thinkstock/markusblanke

AnsprechpartnerinDr. rer. nat. Isabell Schwenkert, MBAinnos - Sperlich GmbHBürgerstraße 44/4237073 Göttingen+49 551 49 601-11schwenkert@innos-sperlich.de

Projektpartner:• Airsense Analytics GmbH• AMO GmbH• Beuth Hochschule für Technik Berlin• Controlling Chaos Technologies GmbH• Deutsches Zentrum für Luft-und

Raumfahrt e. V.• Fassisi Gesellschaft für Veterinär-

diagnostik und Umweltanalysen mbH• IBA GmbH• ILA Intelligent Laser Applications

GmbH• Institut für Mikroelektronik- und

Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH

• InnoLas Laser GmbH• IOM Institut für

Oberflächenmodifizierung• Ionovation GmbH• Kleintierklinik des Tierärztlichen Insti-

tuts der Georg-August-Universität Göttingen

• Laser-Laboratorium Göttingen e. V.• Lumiprobe GmbH• Microliquids GmbH• MIOPAS GmbH• Miprolab GmbH• nanoplus GmbH• Optolution Messtechnik GmbH• Polytec GmbH

Mit diesem Ansatz entwickelt sie in einem durch das „KMU-Instrument der EU“ geförderten Projekt eine neue Technologie, mit der Wirkstoffe durch einen Trick besser durch Zellmembranen in Körperzellen gebracht werden können. Wenn dies gelingt, können die Wirkstoffe gezielt an den Ort gebracht werden, wo sie wirken sollen und die Dosis von Medikamenten kann deutlich reduziert werden. Damit könnten sich auch die Nebenwirkungen verringern, was den Nutzen der Medika-mente für Patientinnen und Patienten erheblich erhöht.

Der Trick beruht auf dem Anheften von sogenannten Lipidmolekülen an den Wirkstoff, sodass dieser deutlich effektiver durch die Membran der Zelle geschleust werden kann. Dieses Verfahren ist ins-besondere auch für neue und vielver-sprechende therapeutische Medikamente interessant, die auf Nukleinsäuren (z. B. sogenannte Antagomire, miRNA und siRNA) basieren. Welches Lipid sich für welche Zelle bzw. für welchen Ort am besten eignet, muss mit Hilfe spektros-kopischer Methoden erforscht und die Wirkung gemessen werden.

Der Markt und die KundenDas Netzwerk PPA fokussiert sich auf spektroskopische Verfahren in den Berei-chen Gefahrstoffdetektion, Gassensorik sowie Life Sciences. Das vorgestellte Projekt adressiert insbesondere die Phar-mazeutische Industrie. Die Entwicklung neuer Medikamente steht vor großen Herausforderungen: Es wird immer auf-wändiger und schwieriger, Wirkstoffe zu entwickeln, die gemäß der strengen regulatorischen Vorgaben möglichst effektiv und frei von Nebenwirkungen

sind. Die Pharmazeutische Industrie strebt daher danach, neue Wirkstoffe so zu kon-zipieren, dass sie unter anderem möglichst gut von den Körperzellen aufgenommen werden. Das Netzwerk PPA und seine Mitglieder können hierzu einen wichtigen Beitrag leisten.

Das Netzwerk Das Innovationsnetzwerk PPA umfasst 21 Partner, darunter 14 KMU und vier Forschungseinrichtungen. Zielstellung aller Partner ist die Entwicklung hoch-sensitiver, kompakter, modularer und gleichzeitig kostengünstiger spektro-metrischer Analysegeräte. Dabei werden Erkenntnisse der Grundlagenforschung mit dem Gerätebau der spektroskopischen Analytik verknüpft. Besonderes Merkmal ist die Integration von Querschnittsfunk-tionen und -technologien entlang der Wertschöpfungsketten rund um das The-menfeld der spektroskopischen Analytik. Der intensive Austausch zwischen den Technologiegebern aus der Grundlagen-forschung, den Geräteherstellern und den Anwendern ermöglicht die rasche Integra-tion hochinnovativer Technologien in das Produktportfolio der beteiligten Unter-nehmen. Dies führt nach Einschätzung der Netzwerkpartner zu einer deutlichen Verringerung der Entwicklungskosten gegenüber einzelnen FuE-Vorhaben.

Zellmembran mit Proteinen