Biohybrid Medical Systems

 

Zwischen den beiden Extremen, rein technisch und rein biologisch, steht das „biohybride“ Medizinsystem. Biohybrid Medical Systems bestehen sowohl aus biologischen als auch technischen Anteilen. Sie kombinieren die Vorteile beider Ansätze, indem sie eine zelluläre Komponente für die biologische Funktion mit einer gut berechenbaren und reproduzierbar gestaltbaren technischen Komponente als Matrix für die biomechanische Grundstabilität verbinden. Technische Komponenten reichen von künstlichen Gerüststrukturen aus dauerhaften oder bioresorbierbaren Biomaterialien, über mechatronische Geräte und Systeme auf einer makro- bis mikroskopischen Größenskala, bis hin zu nanoskaligen Trägermaterialien, die bildgebend darstellbar und pharmazeutisch dotiert sein können. Während die technische Struktur die Herstellbarkeit und vorhersagbaren mechanischen Eigenschaften gewährleistet, ist die biologische Komponente für die optimale biologische Leistung verantwortlich (z.B. Biokompatibilität, Hämokompatibilität, Gewebeintegration in die Implantatumgebung usw.). Auf diese Weise können medizinische Systeme geschaffen werden, die in Bezug auf Biofunktionalität und Haltbarkeit den heute verfügbaren Systemen überlegen sind.

Durch das neu geschaffene I3TM - "Integrated Interdisciplinary Institute of Technology in Medicine" konnte der Forschungsbereich "Biohybride Herz-Kreislauf-Implantate und Lungenunterstützung" etabliert werden. Basierend darauf wurden 8 Projekte mit Beteiligung der RWTH Aachen University im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 2014 "Towards Implantable Lung", das Graduiertenkolleg 2415 "Mechanobiologie in epithelialen 3D-Gewebekonstrukten" und ein DFG-Paketvorhaben PAK 961 „Model-based Control of Biohybrid Implant Maturation“ mit 13 Promotionstellen eingeworben und ein Forschungsgebäude nach Art. 91 B GG "Zentrum für biohybride medizinische Systeme" erfolgreich realisiert. Forschung und Design von Biomaterial vs. Zell- und Gewebeinteraktion biohybrider Konstrukte, deren kontrollierte und qualitätsgesicherte Herstellung und klinische Prüfung dienen dem Ziel der Schaffung einer neuen Generation klinisch anwendbarer biofunktionaler Implantate und Trägersysteme sowie neuartiger in vitro Gewebemodelle für biochemische und pharmakologische Tests. Neben der Zusammenarbeit der Fakultäten von Medizin, Ingenieur- und Naturwissenschaften besteht eine enge Kooperation mit dem Leibniz-Institut DWI und den Fraunhofer-Instituten für Produktionstechnik und Lasertechnik. Durch diese Kooperationen können Wissen und Erfahrungen ausgetauscht werden. Dabei stehen vor allem die Forschungsschwerpunkte Tissue Engineering, Cellular Engineering, Mechanobiologie und Mechanotransduktion, Biomaterialforschung, 3D-Bioprinting, Untersuchung von Zell-Material-Interaktionen, Biofunktionalisierung von Implantatoberflächen, Automatisierung der Zellkultivierung und Gewebereifung, Produktions- und Regelungstechnik für Bioreaktoren, Qualitätssicherung und GMP-gerechte Produktion, Umsetzung von Implantat- und Trägersystemen in die klinische Anwendung unter Berücksichtigung regulatorischer Aspekte und die Vorbereitung klinischer Studien im Focus.