IBA Kooperationsnetzwerk für Integrierte BioAnalytik                        
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Beschreibung des Netzwerkgedankens

Unter Bioanalytik kann man vereinfachend vielleicht die typischen analytischen Methoden der Biowissenschaften und der Medizin wie z.B. Biochemie, Molekularbiologie, molekulare Genetik, Zell- und Entwicklungsbiologie und weitere Methoden subsumieren.
Nähert man sich der Bioanalytik vom Untersuchungsgegenstand, so untersucht sie im engeren Sinn biologische Makromoleküle und ihre Veränderungen, das heißt Proteine, DNA, RNA, Kohlenhydrate und Lipide; im weiteren Sinn werden auch niedermolekulare Substrate und Produkte des Metabolismus von biologischen Systemen hinzugezählt.

Als „Werkzeuge“ werden in der Bioanalytik häufig Geräte benutzt, die physikochemische Größen mit geeigneten Sensoren/Biosensoren in elektrische Signale umsetzen, sie qualitativ und quantitativ erfassen und registrieren. Diese Daten können von sehr hoher Komplexität sein und spezifische Analysen mit Tools wie der Bioinformatik erfordern.

In jüngerer Zeit kommt neben herkömmlichen Methoden wie der HPLC4 zunehmend auch die Kombination mit teuren Geräten wie Massenspektrometern zum Einsatz5. Kombinationen solch teurer Geräte ermöglichen in Proben mitunter sogar den selektiven Nachweis von Stoffkonzentrationen bis in den Bereich von pg/ml. Dieser hoch aufwendigen Analytik stehen durchaus auch preislich günstigere Methoden gegenüber, wie sie bevorzugt6 im vorliegenden Netzwerk entwickelt, getestet und für einen späteren kommerziellen Einsatz als Produkt oder Verfahren vorbereitet werden sollen.

Die Bedeutung der Bioanalytik und damit auch die des beantragten Netzwerkes liegt auf der Hand: man muss sich nur auf der einen Seite den Fortschritt entsprechender Methodik in der Bioanalytik und deren Bedeutung für die gesundheitliche Betreuung der Bevölkerung und auf der anderen Seite unsere Bevölkerungspyramide vor Augen halten. Unstrittig7,8 ist die in Förderprogrammen (wie „BioMST9“ und „Mobile Diagnostiksysteme10“) im Rahmen des Innovationsbereiches Life Science wiederholte und unser Netzwerk motivierende Feststellung: „Der demografische Wandel stellt unser Land vor große Herausforderungen: Im Jahr 2035 wird mehr als die Hälfte aller Deutschen über 50 Jahre alt, jeder Dritte älter als 60 Jahre sein. Es wird mehr Senioren im Alter zwischen 60 bis 80 Jahren geben als junge Erwerbstätige im Alter zwischen 20 und 40. Schon heute ist absehbar, dass dieser Wandel unmittelbar Auswirkungen auf die Nachfrage nach medizinischen Leistungen haben wird. Gerade behandlungsintensive Krankheiten wie Krebs, Diabetes, Osteoporose, aber auch kardiovaskuläre und neurodegenerative Erkrankungen werden die medizinische Versorgung in Zukunft zunehmend prägen. Gleichzeitig wird es immer weniger Erwerbstätige geben, die dieses Gesundheitssystem tragen. Die vorhandenen Ressourcen müssen deshalb deutlich effizienter genutzt werden, um jeden Menschen auch künftig nach neuestem medizinischem Kenntnisstand versorgen zu können. Dabei gilt: Je früher eine Krankheit erkannt wird, desto besser sind die Chancen, sie zu heilen. Und je schneller eine Krankheit geheilt wird, desto geringer sind die Folgekosten für die Therapie.“

Förderprogramme für die Bereiche Biotechnologie und Diagnostik adressier(t)en obige Themen unter wiederholter Betonung der besonderen Bedeutung von Ansätzen wie der Mikrosystemtechnik, die in der Konzeption unseres Netzwerkes neben rein bioanalytischen Ansätzen eine essentielle Rolle spielt: „Moderne Mikrosysteme bieten durch die hochgradige Integration komplexer Teiltechnologien eine vielversprechende Möglichkeit, bioanalytische Diagnosen besonders kostengünstig, zuverlässig und vor allem dezentral zur Verfügung zu stellen. Damit sind bioanalytische Mikrosysteme“ u.a. „speziell für den strukturschwachen ländlichen Raum mit medizinischer Versorgungsdichte geeignet.“ Überzeugend nachgewiesen ist „die prinzipielle Übertragbarkeit biochemischer Nachweise durch mikrotechnische System11. Um die tatsächliche Nutzbarkeit der Technologie zu realisieren, bedarf es allerdings noch Forschungsanstrengungen. Dazu zählen eine ausreichende Empfindlichkeit und Genauigkeit sowie Zuverlässigkeit der Messdaten, eine schnellere Auswertung der Messungen, eine Parallelisierung von Messreihen bzw. die Vervielfachung gleichzeitig erfasster Parameter und die optimale Anpassung an etablierte oder praktikable Workflow-Prozesse. … Das BMBF fördert Entwicklungsleistungen, die mobile Diagnostikkonzepte hervorbringen. Die unterschiedlichen Systemlösungen sollen in sich geschlossene Arbeitsabläufe innerhalb der Bioanalytik abbilden oder auf sie fokussieren. Dabei geht es darum, Erfolg versprechende Ansätze in marktfähige Lösungen zu überführen.“

Die gewählte Kurzcharakterisierung der Bioanalytik und ihrer gesellschaftlichen Bedeutung und obige BMBF-Aussagen belegen die weiterhin großen Zukunftsaussichten wie auch die Notwendigkeit der weiteren Entwicklung einer „Integrierte(n) BioAnalytik“. Sie zeigen gleichermaßen die Machbarkeit, die Erfolgsaussichten und die Notwendigkeit entsprechender Entwicklungsprojekte wie auch die Vielzahl offener Probleme und den Zwang, das heute bereits vorhandene Spektrum bioanalytischer Verfahren und ihnen zugrundeliegender (auch Mikrosystem-basierter) Geräte zu verbessern bzw. durch neue Ansätze und Entwicklungen zu ergänzen. Hierauf zielt das angedachte Netzwerk mit seiner breiten Auswahl entsprechend - und dennoch unterschiedlich - ausgerichteter KMU und Forschungseinrichtungen.

Von der Interaktion der Partner im Netzwerk erwarten wir von den isolierten Partnern noch nicht gesehene Entwicklungsprojekte; wenn man es kurz ausdrücken will Synergien. Viel versprechend erscheint hier u.a. das Zusammentreffen bioanalytischer Expertise mit mikroelektronischen, mikrosystemtechnischen, embedded12 und mikrotronischen Ansätzen.

Expertise der am Netzwerk IBA beteiligten KMU begründet u.a. folgende Schwerpunkte zur Generierung Netzwerk-spezifischer Entwicklungsprojekte


• Biosensoren/Biosensorik
• Chromatographisch und elektrophoretische Verfahren, Bio-Imaging, Radioanalytik,
• Immunologische Assays und Verfahren (Lateral Flow Tests, mit unterschiedlichen Biopolymeren funktionalisierte Nanopartikel,
  Immunchromatographie etc.),

• Labormedizin,
• Mikroelektronik,
• Photometer- und Fluorimeter-basierte Detektion von Analyten,
• Automatisierte Testung medizintechnischer Systeme und Anlagen.

 

Die assoziierten Partner (Forschungseinrichtungen) repräsentieren u.a. folgende Gebiete

• Chemie biogener Rohstoffe und Produkte,
• Enzymsensoren und künstliche „Antikörper“,
• Innovative diagnostische und analytische Tests für Vitamine und Mineralstoffe,
• Laserspektroskopie und optische Sensorik,
• Mikrosystemtechnik.
• Physiologie und Pathophysiologie (in den Ernährungswissenschaften),
• Immunologische Methoden und Verfahren.


Wir erwarten von dem Netzwerk eine sehr kreative Interaktion aller NW-Partner, die sich auch in derzeit noch nicht absehbaren Entwicklungsprojekten niederschlagen wird.


4 HPLC - Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
5  Verwiesen sei hier z.B. auf das auch vom VDI geförderte Kooperationsnetzwerk MaldiApp, das so primär spezifische Fragen des Hygienemonitorings adressiert und dessen Phase 2 bereits läuft.

6 Ausnahme: z.B. NMR-Einsatz im Bereich Diagnostik
7 Förderrichtlinie zum Rahmenprogramm Mikrosysteme (2004-2009). 2. Bekanntmachung im Innovationsbereich „Life Science“ Thematischer Schwerpunkt: „Integrierte Mikrosysteme für biotechnologische Anwendungen (bioMST)“, http://www.bmbf.de/foerderungen/5046.php
8 Bundesministeriums für Bildung und Forschung, Richtlinien zur Förderung von Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet „Mobile Diagnostiksysteme“, http://www.bmbf.de/foerderungen/14155.php
9 MST – hier Mikrosystemtechnik.
10 http://www.bmbf.de/foerderungen/18087.php
11 Themenschwerpunkt "integrierte Mikrosystemtechnik für biotechologische Anwendungen (BioMST)"
12 Vertreten u.a. durch die KMU BOS Technology GmbH, FISUN GmbH und ITPower Solutions GmbH, einige der FuE-Partner sowie durch die dies Netzwerk beantragende Institution selbst, den ZeSys e.V.

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Träger des Netzwerks:

ZesysLogo

Zentrum zur Förderung eingebetteter Systeme (ZeSys e.V.)
Dr. G. Smettan & H. Breter
Rudower Chaussee 29
12489 Berlin - Adlershof