„Wir versprechen uns von den Ergebnissen, dass sie zur Stärkung des Fraunhofer ITWM im Bereich der biotechnologischen und pharmazeutischen Trennverfahren beitragen werden. Gleichzeitig leistet das Institut einen Beitrag zur Stärkung der Innovationskraft des Forschungsstandortes und zur Wettbewerbs- und Zukunftsfähigkeit unserer Wirtschaft. Konkret sind die Ergebnisse ein weiterer wesentlicher Aspekt, um eine biotechnologische Produktion ökonomisch und ökologisch effizient zu gestalten. Das Projekt hat das Potenzial, einen Beitrag dazu leisten, die biotechnologische und pharmazeutische Wirtschaft in das postfossile Zeitalter zu führen, in dem biogene Stoffe in einer Menge und Reinheit bereitgestellt werden, die eine effiziente industrielle Nutzung ermöglichen. Das ist somit auch von Nutzen für die Gesellschaft über die Regionsgrenzen hinaus und leistet einen Beitrag zum Ausbau zum führenden Biotechnologiestandort“, sagte Wissenschaftsminister Clemens Hoch. Die im Rahmen des Projektes entwickelten Werkzeuge hätten großes Potential für sich an das Projekt anschließende Anwendungsprojekte mit Industriepartnern wie beispielsweise auch BioNTech und Boehringer Ingelheim. Garant für diesen Transfer sei das Leistungszentrum Simulations- und Software-basierte Innovation, das maßgeblich vom Fraunhofer ITWM vorangetrieben wird und zu den zwei besten von insgesamt 20 Leistungszentren in Deutschland zählt, so der Minister.
Auch die Leiterin des Fraunhofer ITWM, Prof. Dr. Anita Schöbel, hebt die Bedeutung von MATBiZ für einen grundlegenden Wandel der Wirtschaft hervor: „Wollen wir auf fossile Brennstoffe verzichten, müssen wir biogene Materialien in ausreichender Menge und Reinheit zur Verfügung stellen, um eine effiziente industrielle Nutzung zu ermöglichen. Einige dieser Materialien – dazu gehört beispielsweise Zellulose – können aus Pflanzen gewonnen werden. Komplexere Materialien wie Proteine und kleine natürliche Verbindungen wie etwa Aminosäuren werden durch die Kultivierung einer Vielzahl von Zellen gewonnen.“ Die Industrie braucht nun effiziente Methoden zur Zellsortierung um die Zellen mit den besten Eigenschaften für die Produktion zu identifizieren und auszusortieren. „Mit unseren Arbeiten können wir die Zelltrennung beschleunigen, sowohl in frühen Entwicklungsphasen als auch in der großtechnischen Produktion,“ erläutert Anita Schöbel.
Hintergrund zum Projekt
Neben der Etablierung von Zellkultursystemen, die den benötigten Stoff produzieren, ist es für eine skalierbare Produktion ebenso wichtig, effiziente Methoden zur Verfügung zu haben, die die für die Produktion am besten geeigneten Zellen aussortieren. Auch wenn viele Stoffe direkt oder indirekt aus Pflanzen (z.B. Zucker, Ethanol) gewonnen werden können, werden komplexere biogene Stoffe (z.B. Peptide, Proteine) und kleine Naturstoffe (z.B. Aminosäuren, Alkaloide) durch die Kultivierung einer Vielzahl von Zellen gewonnen (z.B. Bakterien, Hefen, Mikroalgen). Bisher erfolgt die Trennung i.d.R. in aufwändigen und mehrstufigen Prozessschritten. Dazu ermöglichen gedruckte und anschließend funktionalisierte Mikrostrukturen eine Separation im Durchfluss. Das Projekt „MATBiZ – Mikrostrukturdesign und additive Herstellung einer Chromatographiesäule zur Trennung von biologischen Zellen“ wird im Rahmen des Leistungszentrums „Simulations- und Software-basierte Innovation“ durchgeführt. Durch die Projektförderung wird das dortige Transferzentrum „Biotechnologie/ Gesundheit“ um eine innovative Technologie erweitert und somit nachhaltig gestärkt. Der Durchführungszeitraum läuft seit dem 1. November 2022 und endet am 31. Dezember 2023. Das Projekt wird seitens des Ministeriums für Wissenschaft und Gesundheit aus dem Sondervermögen „Wissen schafft Zukunft, Förderlinie FhG-Leistungszentrum“ gefördert.
Mehr zum Projekt unter www.itwm.fraunhofer.de/matbiz
Hintergrund zum Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern wurde 1995 gegründet und bis 2000 durch das Land Rheinland-Pfalz grundfinanziert. 2001 erfolgte die Aufnahme als Institut in die Fraunhofer-Gesellschaft. Das Fraunhofer ITWM hat fast 600 Mitarbeitende und einen Gesamthaushalt von fast 40 Millionen Euro, davon einen Anteil von über 40 Prozent an Industriemitteln, was weit überdurchschnittlich in der Fraunhofer-Gesellschaft ist.
Das Fraunhofer ITWM forscht im Bereich der Entwicklung, Implementierung und Anwendung mathematischer Methoden zur Modellierung, Simulation und Optimierung von innovativen Produkten, Prozessen und Dienstleistungen für Wirtschaft und Gesellschaft. Entsprechend ist die Forschung am Institut in Kaiserslautern auf Anwendungsnähe, Industrierelevanz und wissenschaftliche Innovation ausgerichtet. Mission und Aufgabe des Fraunhofer ITWM ist es, anspruchsvollen Herausforderungen u. a. in den Abteilungen Bildverarbeitung, Finanzmathematik, High Performance Computing, Materialcharakterisierung und -prüfung, Mathematik in der Fahrzeugentwicklung, Optimierung, Strömungs- und Materialsimulation, Systemanalyse, Prognose und Regelung sowie Transportvorgänge durch Anwendung moderner mathematischer Methoden zu begegnen, die angewandte Mathematik durch innovative Anstöße weiterzuentwickeln und gemeinsam mit Industriepartnern praktisch umzusetzen. Integrale Bausteine dieser Umsetzung sind Beratung in FuE-Fragen, Entwicklung maßgeschneiderter Software-Lösungen (u. a. Simulationstools, Optimierungswerkzeuge, Inspektions- und Überwachungssysteme) sowie die Einführung und Anwendung von Hochleistungsrechnertechnologien.