Transformative Materialien für eine neue Ära in der Medizin

07.02.2024

Ein interdisziplinäres Team aus RWTH-Forscherinnen und -Forschern will in einem Exzellenzcluster innovative, transformative Materialien entwickeln und in die klinische Umsetzung überführen, um drängende Probleme der Medizin zu lösen.

 

Die Mission des Exzellenzclusters „Transformative Medical Materials: Design, Production, Translation“ (TransMedMat) besteht darin, eine neue Ära der Medizin einzuleiten, die durch die Entwicklung und die Anwendung neuartiger transformativer biomedizinischer Materialien ermöglicht wird. Diese Materialien sind in der Lage, sich an biologische Schnittstellen anzupassen und mit ihnen im menschlichen Körper zu interagieren. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Wissenschaftsrat (WR) haben Professor Fabian Kiessling und Professorin Laura De Laporte, als Sprecher von TransMedMat, nun aufgefordert, einen entsprechenden Vollantrag auf Förderung im Rahmen der Exzellenzstrategie auszuarbeiten. „Wir freuen uns sehr, dass wir den nächsten Schritt gemeinsam gehen können. Dies ist ein großer Erfolg für unser gesamtes Team aus exzellenten Ingenieurinnen und Ingenieurinnen, Natur- und Materialwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern sowie Medizinerinnen und Medizinern und gibt uns die Chance, unsere Kompetenzen zu bündeln und uns auf wichtige gesellschaftliche Herausforderungen der Zukunft zu fokussieren“, erklären De Laporte und Kiessling.

Die RWTH Aachen steht seit Jahren für Pionierarbeit im Bereich transformativer medizinischer Materialien. An der Aachener Universität entwickelte technische Lösungen haben zu neuen Therapiestandards zum Beispiel im Bereich sensorischer, kardiovaskulärer und pulmonaler Unterstützungssysteme beigetragen. Allerdings waren diese Lösungen typischerweise rein technischer Natur und passten sich oft nicht vollständig an die klinischen Bedürfnisse an. Folglich können aktuelle Gewebemodelle und Implantate Organfunktionen nicht vollständig widerspiegeln beziehungsweise wiederherstellen.

Hier setzt TransMedMat an: „Um diese Mängel zu beheben, ist es unser Ziel, transformative Materialien zu entwickeln, patientengerecht zu produzieren und in die Klinik zu überführen. Die neuartigen transformativen Biomaterialien interagieren dynamisch mit ihrer Umgebung, was durch die Integration lebender Komponenten in synthetische Materialien oder durch die gezielte Programmierung von Funktionalitäten in die Materialien erreicht werden kann“, erklärt die Chemieingenieurin Laura De Laporte. Dies können sie, indem sie sich an spezifische Gewebebedingungen, Architekturen und Funktionen anpassen und die Differenzierung interagierender Zellen steuern und aufrechterhalten, sich zudem an patientenspezifische Anforderungen anpassen und sich durch interne oder externe Reize wie Magnetfelder, Ultraschall, pH-Wert, Temperatur und Licht verändern. TransMedMat spezialisiert sich dabei insbesondere auf menschliche in-vitro-Gewebemodelle für die Grundlagenforschung und Therapietestung als Alternative zu Tierversuchen, auf biohybride Implantate und Biontronic (Biologinized Iontronics) für die regenerative Medizin sowie auf intelligente Wirkstoffträgersysteme zur gezielten Freisetzung von Medikamenten. Die Umsetzung dieser Ideen aus der Grundlagenforschung in die klinische Anwendung ist dabei das Hauptziel, welches durch einen umfassenden ingenieurwissenschaftlichen Ansatz und die Zusammenführung von verschiedenen Expertisen erreicht werden soll.

„Letztendlich werden diese transformativen Biomaterialien auf eine einzigartige Weise die größten ungedeckten klinischen Bedürfnisse unserer Zeit adressieren. Im Bereich der Anwendung, könnten dadurch bisher unheilbare Krankheiten, wie die Herz-Kreislauf- und neurologischen Störungen bis hin zu Nierenversagen, Blindheit sowie soliden Krebsarten und Blutkrebs besser behandelt oder sogar geheilt werden“, erläutert der Arzt und Wissenschaftler Fabian Kiessling. „Das integrierte Forschungs- und Ausbildungskonzept von TransMedMat erfordert neue konvergente Strategien vom Design über die Produktion bis hin zur Regulatorik, um eine erfolgreiche klinische Übersetzung zu erreichen.“

TransMedMat vereinigt ein hochmotiviertes interdisziplinäres und internationales Team, das den klinischen Bedarf erkennt. Neuartige Lösungen werden von Expertinnen und Experten aus den Bereichen Produktentwicklung, Prototyping, Hochdurchsatzautomatisierung, Ethik und Regulierung erstellt und klinisch umgesetzt. Projektpartner des Antrages sind das DWI – Leibniz-Institut für Interaktive Materialien, das Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie (IPT, Mevis) und das Forschungszentrum Jülich (FZJ). Zudem plant das Konsortium einen engen Schulterschluss mit zwei führenden internationalen Partnern und die Einrichtung von Satellitenlaboratorien am TokyoTech in Japan und am Technion in Israel. Das TransMedMat-Team hat das Konzept für den Exzellenzcluster bereits in einer Sonderausgabe der Zeitschrift „Advanced Healthcare Materials“ öffentlich zugänglich publiziert.

Die RWTH Aachen wird in der zweiten Phase der Exzellenzstrategie zwei neue Clusteranträge stellen. Neben TransMedMat ist dies der Antrag CARE, der zusammen mit der TU Dresden klimafreundliche Baustoffe, Konstruktionsprinzipien und Fertigungstechnologien im Hinblick auf bessere Nachhaltigkeit in der Wertschöpfungskette erarbeiten will. Bis August 2024 bleibt nun Zeit, diese Vollanträge einzureichen. Für die aktuell geförderten 57 Exzellenzcluster bundesweit entfällt diese Skizzenphase. Aktuell laufen an der RWTH die Exzellenzcluster Fuel Science Center (FSC), Matter and Light for Quantum Computing (ML4Q) und Internet of Production (IoP). Diese haben bereits bekundet, einen Folgeantrag stellen zu wollen. Am 22. Mai 2025 fällt die Entscheidung, welche Exzellenzcluster eine Förderung erhalten. Die erfolgreichen Exzellenzcluster werden ab 1. Januar 2026 für sieben Jahre gefördert. „Die jetzt ausgewählten Clusterskizzen bilden zusammen mit den bestehenden Clustern sehr gut die strategische Ausrichtung der RWTH ab“, erklärt Professor Ulrich Rüdiger, Rektor der RWTH Aachen.