Auszug aus unserem Portfolio

Nachfolgend einige Beispiele aus unserem breiten Portfolio.

»Induzierte pluripotente Stammzellen« (iPSC) haben das Potenzial, sich wieder in nahezu jeden Zelltyp des menschlichen Körpers zu differenzieren und sind ethisch unproblematisch. Sie ermöglichen die Herstellung von patienten- oder krankheitsspezifischen Zellmodellen für die Entdeckung und Entwicklung neuer und effizienterer Medikamente. Dazu müssen die benötigten Zellen in der erforderlichen Anzahl und Qualität hergestellt werden können. Es besteht ein Defizit in universell einsetzbaren, hochskalierten und validierten Bioprozesstechniken zur Herstellung und Aufbereitung hochwertiger Stammzellen und daraus abgeleiteter Zellen. Ein Problem ist der Mangel an spezifisch angepassten Materialien mit der Eigenschaft, im Rahmen der 2D- und 3D-Kultivierung geeignete bioaktive Oberflächen oder Gerüststrukturen bereitzustellen.

Das Fraunhofer-Projektzentrum für Stammzellprozesstechnik in Würzburg vereint die Kompetenz zur Automatisierung biomedizinischer Workflows im Bereich der iPS-Zellen des Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT und die materialwissenschaftliche Kompetenz des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC an einem Standort. Damit bietet es ein integriertes Portfolio für die Entwicklung anwendungsspezifischer Hochdurchsatz-Produktionsprozesse für Stammzellanwendungen. Ziel ist es, Stammzellprozesse durch Automatisierungslösungen in einen industriellen Maßstab zu überführen und mit Hilfe von neuartigen Materialien im Bereich der Zellexpansion, -differenzierung und Kryokonservierung zu verbessern.

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Mehr als zehn Jahre interdisziplinäre Forschung in der Kryobiotechnologie haben am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) zu dem international technologisch führenden Biobankenverbund, dem »Fraunhofer-BioArchiv« und der Gründung der »Gemeinschaft Deutscher Kryobanken (GDK)«, geführt. Die realisierte und kommerziell verfügbare Biobanken-Technologieplattform basiert auf mehr als 40 Patentfamilien des Fraunhofer IBMT. Das Fraunhofer IBMT ist Systemanbieter für therapeutisch und diagnostisch ausgerichtete Biobanken und bietet Partnern aus Industrie und Forschung die Entwicklung neuer Kryomedien, optimierte Einfrierprotokolle, Auftragslagerung sowie Planung und Validierung von industriell und klinisch strukturierten modernsten Biobanken zur Ablage wertvoller Proben an. Das Institut ist im Rahmen eines europäischen Großprojekts am Aufbau einer iPS-Zellbank beteiligt.

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Gemeinsam mit industriellen Partnern konzipiert und entwickelt das Fraunhofer IBMT automatisierte Anlagen für die Kryolagerung von wertvollem Probenmaterial unter Einhaltung der Kühlkette. Neue Technologien vermeiden hierbei das Erwärmen der Proben über die Glasübergangstemperatur beim Ein- und Auslagern. Zusätzlich unterstützen softwaregesteuerte automatisierte Einlagerungs-, Dokumentations- und Auslagerungsprozesse die sichere Lagerung in zukunftsweisenden Anlagen. Außerdem wird eine Nachverfolgung der eingelagerten Proben ermöglicht und relevante Daten zum Qualitätserhalt, wie z. B. der Temperaturverlauf der einzelnen Proben, gespeichert. Dies erhöht signifikant den Wert des eingelagerten Probenmaterials und bietet vor allem im Umgang mit sensiblen Patientenproben einen entscheidenden Vorteil.

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Ultraschall ist als kostengünstiges, nichtinvasives und echtzeitfähiges Verfahren über die eingesetzte Frequenz skalierbar. Das Fraunhofer IBMT hat diese Skalierbarkeit in einem neuen einzigartigen modularen Ultraschall-Beamformer technologisch umgesetzt, der einfach an eine Vielzahl von Applikationen angepasst werden kann. Neben der Ultraschall-Hardware stehen in der Abteilung Medizinischer Ultraschall weiterhin innovativste Softwarelösungen zur Verfügung, die es ermöglichen, Ultraschall im Bereich der Medizin, der Biotechnologie, des NDT (zerstörungsfreie Prüfung) und des Sonar einzusetzen. Besonderheiten sind Systeme und Verfahren, die optische Laser mit Ultraschall kombinieren (Optoakustik), sehr hochfrequent arbeiten, an spezielle Umgebungsbedingungen angepasst sind (Hybrid-Bildgebung am MRT/Druckneutralität zum Einsatz in AUVs und ROVs) oder extrem kompakt für den Einsatz mit mobilen Endgeräten.

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Füllstand, Strömung, Qualität sind nur drei physikalische Eigenschaften, die mit Ultraschall gemessen werden können. Das Fraunhofer IBMT kann im Bereich des Technischen Ultraschalls eine Vielzahl von Kenngrößen und Parametern messtechnisch erfassen und auswerten. Die Anwendung reicht unter Einsatz geeigneter Sensoren und Systeme vom Labor über die Werkbank bis zum häuslichen und mobilen Alltag.

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Unsere Meere, Ozeane und Gewässer sind ein hohes Gut, das es zu erforschen und zu erhalten gilt. Das Fraunhofer IBMT befasst sich auf vielerlei Feldern mit diesen Lebensadern, sei es mit Algen als der Basis für Stammzellzucht, dem Nachweis von »Nano«-Kleinstmengen in Umweltproben oder auch in technologischen Feldern wie skalierbare Sonarsensorsysteme, druckneutrale Module und autonome Wasserfahrzeuge.

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Vor dem Hintergrund des demographischen Wandels entwickelt das Fraunhofer IBMT persönliche Gesundheitssysteme und intelligente Assistenten für Senioren und chronisch Kranke. Dies umfasst Disease-Management-Systeme mit integrierter Entscheidungsunterstützung und Kommunikationskomponenten für die telemedizinische Gesundheitsversorgung, Home-Care- und Telemedizinplattformen oder die Schaffung neuartiger IKT-Infrastrukturen für die vernetzte klinische Forschung, die verschiedenste IT-Werkzeuge in ein Gesamtkonzept integrieren, das den Zugang zu Biomaterialen einschließt, um den Weg für personalisierte Medizin ebnen zu können.

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Das Fraunhofer IBMT entwickelt neue Methoden, Komponenten und Systeme für die schonende Handhabung, die präzise Manipulation und das Online-Monitoring lebender Zellen. Die Kombination von Konzepten und Verfahren aus der Mikrosystemtechnik und der Biotechnologie erlaubt die Bereitstellung neuartiger und hochgradig parallelisierter Analyseverfahren und Kultivierungstechniken, die ohne makroskopische Geräte wie z. B. Brutschränke und Mikroskope auskommen. Durch eine geschickte Kombination transparenter mikrostrukturierter Substrate mit elektrisch leitfähigen Elektrodenstrukturen und fluidischen Mikrokanälen können beispielsweise zigtausende Zellen mit genau definierter Position in einem zweidimensionalen Array angeordnet werden. Diese Zellen lassen sich über Tage kultivieren und mittels optischer oder elektrischer Methoden analysieren.

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Das Fraunhofer IBMT entwickelt, fertigt, charakterisiert und wendet miniaturisierte Systeme an, um Biosignale einschließlich der elektrischen Stimulation neuronaler Strukturen (z. B. für Closed-Loop-Systeme) zu erfassen, zu konditionieren, telemetrisch zu übertragen und zu analysieren. Diese Mikrosysteme werden als smartes Interface sowohl zum Monitoring (z. B. bei Langstreckenflügen zur Erfassung der Vigilanz von Piloten oder für das intraoperative Neuromonitoring) als auch für implantierbare Assistenzsysteme (z. B. als intelligentes Implantat zur Handprothesensteuerung) eingesetzt. Die besondere Expertise liegt im Gesamtangebot, das von den Materialwissenschaften über Fertigungstechnologien und Messtechnik bis hin zum Risikomanagement reicht.

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Unter dem Thema „Labor der Zukunft“ entwickelt und erprobt das Fraunhofer IBMT seit 2009 gemeinsam mit Partnern innovative Labortechnologien. Seit 2010 wird die Initiative von der saarländischen Landesregierung gefördert. Im Februar 2014 wurde der Verein Labor der Zukunft e. V. gegründet, um eine nachhaltige und übergreifende Plattform für die vertikale Integration in der Labortechnologie zu bieten. Quasi als Flaggschiff ist das mobile epiLabor prominent sichtbarer Technologieträger in der Außendarstellung. Andererseits beweist es sich seit 2013 im harten Alltagseinsatz für die Umweltprobenbank des Bundes und als medizinisches Impfmobil.

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Das Fraunhofer IBMT befasst sich mit der Entwicklung von Einzelkomponenten und der Integration von komplexen Anwendungsszenarien in den Bereichen medizinisch-analytischer, physikalisch-chemischer und messtechnischer Labore. Methodisch reicht das Spektrum vom konzeptionellen Design über Simulation und Visualisierung bis hin zu Konstruktion und Prototypenbau. Softwareentwicklung und -anpassung, Machine-Vision-Applikationen, fluidische Komponenten und sensorische Verfahren basierend auf Ultraschall und elektromagnetischen Prinzipien sind weitere Schwerpunkte im Bereich der Labortechnologien.

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