Technology Outlook 2021: Drei Forschungsgebiete des ICBT als Technologien der Zukunft
Die Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften (SATW) identifiziert im Auftrag des Bundes industriell relevante und zukunftsweisende technologische Entwicklungen. Alle zwei Jahre veröffentlicht sie den Früherkennungsbericht Technology Outlook. In der aktuellen Ausgabe 2021 sind drei Forschungsgebiete des Instituts für Chemie und Biotechnologie (ICBT) vertreten: 3D-Biodruck, Biokatalyse und Biosynthese sowie neu die Massenkultivierung von Stammzellen.
Die SATW ist das bedeutendste Expertennetzwerk im Bereich Technikwissenschaften in der Schweiz. Als Fachorganisation vermittelt sie unabhängige und objektive Informationen über die Technik als Grundlage für eine fundierte Meinungsbildung und fördert das Technikinteresse und -verständnis in der Bevölkerung. Für den kürzlich erschienenen Technology Outlook 2021 hat die SATW zukunftsweisende Technologien identifiziert, die noch mindestens drei Jahre bis zur Produktreife benötigen. Im Bereich Life Sciences ist die ZHAW mit drei Forschungsbereichen des ICBT vertreten.
Massenkultivierung von Stammzellen (Prof. Dr. Regine Eibl)
Humane Stammzellen sind menschliche Körperzellen, die Kopien von sich selbst herstellen und in verschiedene Zelltypen oder Gewebe differenzieren können. Ihr Potenzial für die Erforschung und Therapie schwerer Erkrankungen ist enorm. So können Stammzellen zum Ersatz oder zur Reparatur von geschädigten Zellen oder Gewebe dienen. Um den weltweit wachsenden Bedarf an Stammzellen zu decken, braucht es ihre Massenkultivierung. Bisher erfolgt diese meistens in sterilen Kunststoffschalen, sogenannten Cell Factories. Deren Handhabung ist jedoch schwierig und die Überwachung nur eingeschränkt möglich. Eine alternative Form der Herstellung sind automatisierte Einwegbioreaktoren, in denen die Zellen in einer Flüssigkeit mit darin fein verteilten Kügelchen, den Microcarriern, kultiviert werden. Hier setzt Regine Eibls Forschungsgruppe an: Sie sucht nach chemisch definierten Kulturmedien, geeigneten Microcarriern sowie Bioreaktoren und entwickelt die Kultivierungsverfahren die exakt auf die Stammzelltypen abgestimmt sind. Die Technologie wurde wegen ihres grossen Potenzials neu in den Technology Outlook aufgenommen.
Fachstelle Bioverfahrens- und Zellkulturtechnik
3D-Biodruck (Prof. Dr. Michael Raghunath)
Die additive Fertigung von Geweben und Organen hat sich im Bereich Tissue Engineering als vielversprechende Technologie etabliert. Mit dem 3D-Biodruck können lebende Gewebe in einem Schicht-für-Schicht-Verfahren theoretisch beliebig zusammengesetzt und aufgebaut werden und es kann eine höhere Komplexität als beim Standard Tissue Engineering erzielt werden. So sollte eine zunehmend vollständige physiologische Aktivität menschlichen Gewebes in Zellkultur möglich sein. Das ist wichtig für die Pharmaindustrie, da die Entwicklung von Medikamenten und Kosmetika ineffizient und teuer ist. Standardisiert hergestellte Gewebe können den Testprozess verbessern und gleichzeitig Tierversuche reduzieren. In der regenerativen Medizin erlaubt der 3D-Biodruck zudem, Blutgefäss-Strukturen zu drucken und in das Implantat zu integrieren.
Fachstelle Zellbiologie und Tissue Engineering
Biokatalyse und Biosynthese (Prof. Dr. Rebecca Buller)
Unter Biokatalyse und Biosynthese versteht man die Anwendung von Enzymen (natürlichen Katalysatoren) oder Mikroorganismen zur nachhaltigen Herstellung von Produkten – dies in Ergänzung zur klassischen chemischen Synthese. Die biologisch abbaubaren Biokatalysatoren können mittels gerichteter Evolution für viele Einsatzgebiete massgeschneidert werden, welche für die traditionelle Chemie eine Herausforderung darstellen. Biokatalyse oder Biosynthese werden bereits in vielen Industrien eingesetzt, so etwa zur Produktion von Feinchemikalien, in der Geschmacks- und Geruchsstoffindustrie oder in der Wirkstoffherstellung. Die Technologien sind Hoffnungsträger für die Nutzbarmachung erneuerbarer Rohstoffe und ermöglichen eine grössere Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern.