NMI NATURWISSENSCHAFTLICHES UND MEDIZINISCHES INSTITUT AN DER UNIVERSITÄT TÜBINGEN
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NMI NATURWISSENSCHAFTLICHES UND MEDIZINISCHES INSTITUT AN DER UNIVERSITÄT TÜBINGEN
Wir schaffen Ergebnisse >> Das NMI betreibt anwendungsorientierte Forschung an der Schnittstelle von Bio- und Materialwissenschaften für die Pharma-, Biotechnologie- und Medizintechnik-Industrie. Wir entwickeln Zukunftstechnologien, um Krankheiten früher zu erkennen, effektiver zu behandeln und individueller zu therapieren. Mit unserer besonderen Expertise in Materialwissenschaften und Analytik setzen wir Innovationsimpulse für die Wachtums- felder des Landes.
Sehr geehrte Damen und Herren,
die Marke »NMI« steht für exzellente Forschung an der Impulse mit nachhaltiger Wirkung für die Region und
Schnittstelle von Bio- und Materialwissenschaften. Mit die Medizintechnikbranche geben wir auch über unsere
jährlich über 300 Forschungsprojekten sind wir wichtiger Gründerkultur. In den vergangenen 20 Jahren wurden am
Impulsgeber und geschätzter Partner für die Pharma-, NMI oder mit Hilfe des NMI 15 Unternehmen gegründet.
Biotechnologie- und die Medizintechnik-Industrie. Unsere Diese erfolgreiche Bilanz wollen wir fortsetzen und wer-
Kernaufgabe ist die Übertragung von Erkenntnissen aus den forschungsbasierte Gründungsvorhaben weiterhin
der Grundlagenforschung in die Anwendung. intensiv fördern und unterstützen.
Die klare Ausrichtung auf die angewandte Forschung und Seit 2018 ergänzen der vielbeachtete Forschungscampus
die Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltechno- BioMedTech und das Zentrum für Nanoanalytik — zwei
logien für die Gesundheitsindustrie setzt das NMI unter RegioWIN-Leuchtturmprojekte — unser Forschungs- und
meiner Leitung fort. Wichtiger Forschungsschwerpunkt Dienstleistungsangebot. In kürzester Zeit haben sie sich
ist dabei die personalisierte Medizin mit Projekten für in der Region etabliert, stärken die Innovationskraft und
eine maßgeschneiderte Prävention, Diagnose und Thera- Wettbewerbsfähigkeit ansässiger Unternehmen und tra-
pie, beispielsweise von Krebserkrankungen. Gleichzeitig gen damit zu einer erfolgreichen Regionalentwicklung
sind die Biologisierung, Miniaturisierung und Digitali- bei. Die Verbindung von Medizintechnik und Biotechnolo-
sierung der Medizin(-technik) übergeordnete Themen. gie unter einem Dach und der intensive Austausch unter-
Aktuelle Projekte in diesen Bereichen befassen sich mit schiedlicher Nutzer aus Wissenschaft und Wirtschaft auf
Organ-on-a-Chip-Technologien und innovativen Test dem Forschungscampus fördern den Ausbau der Region
systemen für die Medikamentenentwicklung, dem Bio- Neckar-Alb zum führenden Forschungsstandort in der
printing, Tissue Engineering oder auch dem Aufbau eines Biomedizintechnik.
Materialdatenraums.
Zusätzlich zu den regionalen und nationalen Aktivitäten
Wichtiger Erfolgsfaktor unserer F&E-Arbeit ist die enge orientieren wir uns international. Neben bestehenden
Verzahnung und Kooperation mit Partnern aus der internationalen Forschungspartnerschaften bringe ich
Wissenschaft. Meine Professur an der Medizinischen hierfür gute Kontakte in die Life-Science-Regionen in
Fakultät der Eberhard Karls Universität Tübingen bietet Irland und den USA ein. Hier sehe ich für die Zukunft
eine ideale Voraussetzung für einen dynamischen Inno- große Potenziale für neue Netzwerke.
vationsprozess zwischen Grundlagenforschung und ange-
wandter Forschung, zwischen Universität, Universitäts-
kliniken, NMI und Industrie. Die Teams in Reutlingen und Herzlichst
Tübingen arbeiten unter meiner Leitung eng zusammen.
Prof. Dr. Katja Schenke-Layland
Ergänzend stärken drei Brückenprofessuren mit der Uni-
versität Tübingen den fruchtbaren Austausch.
NMI 2020 1
>> Zahlen | Daten | Fakten
Stabile Umsätze Erträge 2015 - 2019
(NMI)
Die Gesamterträge des Jahres 2019 lagen bei 15,0 Mio. EUR, davon kamen
16
6,2 Mio. EUR aus öffentlichen Aufträgen. Eine bedeutende Rolle spielen dabei
Herkunft der Erträge
Großprojekte mit internationalen Partnern. Unsere Industrieerträge lagen in
14 3,4 2,5
2019 bei 3,8 Mio. EUR. sonstige
Die kleinen und mittelständischen Unternehmen in Süddeutschland liegen 2,0 2,4 Erträge
12
uns besonders am Herzen — ca. 50 % der Industrieerträge belegen dies. 1,8
Erträge
4,2 3,8 Industrie
10
4,3 4,4
4,4 Erträge
8 öffentl.
Aufträge
6 Institutionelle
5,8 6,2 Förderung
5,4 5,4
4 4,4
2
1,9 1,9 1,9 2,4 2,5
Mio. ¤/Jahr 2015 2016 2017 2018 2019
ͲW>ͲϭϯϬϱϮͲϬϭͲϬϭ
Auf unserer Webseite finden Sie: Mitarbeitende zum 01.04.2020
Prüfdienstleistungen Projekte, Publikationen, 194 Mitarbeitende, davon
Wir bieten ein breites Spektrum an Prüfdienstleistungen in akkreditierten und Informationen zu Workshops 107 Wissenschaftliche Mitarbeiter/innen, inklusive
zertifizierten Bereichen: und Messen sowie tagesaktuelle Doktorand/innen, davon
Informationen: www.nmi.de 24 Gastwissenschaftler/innen
Für die Untersuchung von Werkstoffen und ihren Oberflächen stehen am NMI
Patente 3 Brückenprofessuren zur Universität Tübingen
eine Vielzahl von Methoden in akkreditierten Bereichen nach DIN EN ISO /
Unsere Patente finden Sie 17 Graduierte
IEC17025 zur Verfügung.
unter www.depatisnet.de 18 Technische Mitarbeiter/innen und Laborant/innen
Prüfungen nach GMP-Richtlinien: 22 Administration und Infrastruktur
In der NMI Technologietransfer GmbH steht unseren Kunden aus der pharma- 21 Auszubildende, darunter Bachelor- und Masterand/
zeutischen Industrie ein breites Dienstleistungsangebot für international ver- innen, Praktikant/innen und Auszubildende
wertbare, zulassungsrelevante Prüfungen zur Verfügung. 9 Aushilfen
50 % Frauenanteil in Wissenschaft und Technik
24 Mitarbeitende aus 16 Nationen bereichern unsere
fachlichen und kulturellen Kompetenzen
2 NMI 2020
>> Organisationsstruktur
NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut NMI TT GmbH
an der Universität Tübingen
Geschäftsführer:
Stiftung bürgerlichen Rechts Prof. Dr. K. Schenke-Layland, Dr. T. Joos,
Kuratoriumsvorsitzender: MDgt G. Leßnerkraus Dr. S. Raible
Vorstand und Institutsleiterin: Prof. Dr. K. Schenke-Layland
Stellvertretende Institutsleiter: Dr. T. Joos, Dr. S. Raible Prokuristen:
Verwaltungsleitung: K. Rösslein, T. Schweikert K. Rösslein, T. Schweikert
Pharma und Biotech Biomedizin und Materialwissen- Analytik und Pharma- Testing Microdevices
schaften Elektronen- Services Services
mikroskopie
Prof. Dr. U. Rothbauer / Prof. Dr. H. Volkmer
Prof. Dr.
Dr. N. Schneiderhan-Marra (St.V.) Dr. H. Hartmann / Dr.-Ing. R. von Metzen (int. Dr. S. Raible) Dr. T. Joos K. Schenke-Layland Dr. S. Raible
Assayentwicklung Molekular- und Biofunktionalisierte Grenzflächen- Advanced Materials
Neurobiologie Oberflächen immunologie
Dr. M. Templin Prof. Dr. J. Meyer
Prof. Dr. H. Volkmer Dr. X. Xiong Dr. C. Shipp
Dr. F. Weise
Bioanalytik Neuro-Mikrophysio Biomedizinische Mikro- Neurophysik Nanoanalytik
logische Systeme und Nanotechnik
Dr. A. Zeck Dr. G. Zeck Dr. C.J. Burkhardt
Dr. P. Cesare Dr. P. Jones Dr. T. Lutz
Dr.-Ing. R. von Metzen
Biochemie Rekombinante Anti BioMEMS und Regenerative
körpertechnologien Sensorik Biomaterialien
Dr. N. S
chneiderhan-
Marra Prof. Dr. U. Rothbauer Dr. M. Stelzle Dr. H. Hartmann
Dr. J. Göpfert
Elektrophysiologie Tumorbiologie Grenzflächenanalytik
im Produktionsprozess
Dr. U. Kraushaar Dr. C. Schmees
Dr. D. Martin
NMI 2020 3
>> NMI Stiftung und Institut — Aufsichtsorgane
1 2 3 5 6 7 9 10 11 13 14 16 17
4 8 12 15 18
Das NMI wurde 1985 als gemeinnützige Stiftung bürger- Kuratorium Dr. Adrian Carter, Boehringer Ingelheim GmbH,
lichen Rechts gegründet. Der Stiftungsvorstand ist gleich- Kuratoriumsvorsitzender: Ingelheim (9)
zeitig Institutsleitung. Als Aufsichtsorgan wirkt ein Kurato- Ministerialdirigent Günther Leßnerkraus, Ministerium Prof. Dr. Bernd Engler, Rektor der Universität Tübingen,
rium, dessen hochkarätige Besetzung die Bedeutung des für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau vertreten durch Prof. Dr. Peter Grathwohl, Prorektor
NMI für Politik und Wirtschaft belegt. Baden-Württemberg, Stuttgart (12) Dr. Ulrich Gottwald, Bayer Pharma AG, Berlin (18)
Stiftungsvorstand Stellvertretende Kuratoriumsvorsitzende: Prof. Dr. Peter Gumbsch, Fraunhofer-Institut für
Vorsitzende: Prof. Dr. Eberhart Zrenner, Universität Tübingen (16) Werkstoffmechanik IWM, Freiburg
Prof. Dr. Katja Schenke-Layland, NMI, Reutlingen (10) Dr. Wolfgang Epp, IHK Reutlingen (15) Dr. Caroline Liepert, Ministerium für Wissenschaft,
Hauptamtlicher stellvertretender Vorstand: Kuratoriumsmitglieder: Forschung und Kunst, Stuttgart (7)
Prof. Dr. Michael Auer, Steinbeis Stiftung für Prof. Dr. Bernd Pichler, Universität Tübingen (1)
Dr. Thomas Joos, NMI, Reutlingen (17)
Wirtschaftsförderung, Stuttgart (11)
Ehrenamtliche stellvertretende Vorstände: Dr. Denis Reibel, Freudenberg New Technologies
Dr. Georg Bischopink, Robert Bosch GmbH, SE & Co. KG, Weinheim (3)
Prof. Dr. Matthias Schwab, Dr. Margarete Fischer-Bosch- Stuttgart (8)
Institut für Klinische Pharmakologie, Stuttgart (5) Prof. Dr. Thilo Stehle, Universität Tübingen (6)
Thomas Keck, Oberbürgermeister der Stadt
Dr.-Ing. habil. Katrin Sternberg, Aesculap AG, Tuttlingen (13)
Reutlingen, vertreten durch Alexander Kreher,
Finanz- und Wirtschaftsbürgermeister (14) Dr. Michael Albiez, Carl Zeiss AG, Oberkochen
Prof. Dr. Petra Kluger, Hochschule Reutlingen (4)
4 NMI 2020
>> Erfolg durch Kooperation — Akademische Partner
Um den Transfer zukunftsweisender Erkenntnisse in die
Praxis zu beschleunigen, müssen Grundlagenforschung
und angewandte Forschung eng miteinander vernetzt
werden. Das NMI setzt daher auf die Etablierung strategi-
scher Partnerschaften, insbesondere mit den Forschungs-
einrichtungen der Region, und fördert gezielt Projekte an
der Schnittstelle zwischen angewandter Forschung und
Grundlagenforschung.
Mit der Universität Tübingen und den Hochschulen Reut-
lingen, Albstadt-Sigmaringen und Furtwangen besteht
eine enge wissenschaftliche Kooperation, um gemeinsam
an Lösungen zu arbeiten und den Wissenstransfer in beide
Gezielte Kooperation — Brückenprofessuren Tübingen Research Campus
Richtungen zu verbessern.
Sichtbares Zeichen der engen Kooperation mit der Das NMI ist Kooperationspartner im Tübingen Research
Universität Tübingen sind drei Brückenprofessuren: Campus (TRC), der die Kompetenzen der Universität und
Kooperation mit der Universität Tübingen der außeruniversitären Forschungseinrichtungen in der
Prof. Dr. Ulrich Rothbauer, Professor der pharmazeuti- Region zusammenführt. Die TRC-Partner kooperieren in
Das NMI ist eng mit der Universität Tübingen verbunden. schen Biotechnologie an der Universität Tübingen und wissenschaftlichen Projekten, teilen sich Einrichtungen
Das Leistungsangebot des NMI ergänzt das Angebot der Leiter des Bereichs Pharma und Biotech am NMI und bilden wissenschaftlichen Nachwuchs aus. So wird die
Universität und trägt so zur Erweiterung des Leistungs- Spitzenforschung in der Region vorangetrieben.
Prof. Dr. Jannik C. Meyer, Professor für Advanced
profils der universitären Forschung bei. Materials an der Universität Tübingen und Leiter der Eine neue Initiative des TRC ist der Neuro Research
Prof. Dr. Katja Schenke-Layland, Institutsleiterin des NMI, Gruppe Advanced Materials am NMI Campus, der als Kommunikationsplattform die neuro-
hat gleichzeitig eine Professur an der Medizinischen Fakul- wissenschaftlichen Arbeitsgruppen und Institutionen in
Jun.-Prof. Dr. Martin Weiss, W1-Juniorprofessor für Mole
tät der Universität Tübingen und forscht in einer Arbeits- Tübingen verbindet. Auch hier engagiert sich das NMI, um
kulare Gynäkologie am Department für Frauengesundheit
gruppe im Department für Frauengesundheit, Forschungs- die wissenschaftliche Kooperation zu fördern und neue
der Universität Tübingen
institut für Frauengesundheit. wissenschaftliche und technologische Entwicklungen
Eine vierte Brückenprofessur wird derzeit etabliert.
gemeinsam zu realisieren.
Ziele der engen Kooperation sind die Durchführung
gemeinsamer Forschungsvorhaben und wissenschaftlicher Sie verbinden die akademische Spitzenforschung an der
Veranstaltungen, die Fort- und Weiterbildung für Mitarbei- Universität Tübingen und die angewandte Forschung des
terinnen und Mitarbeiter, aber auch die Einbindung von NMI. Die Forschungsaktivitäten der universitären Arbeits-
Mitarbeitenden des NMI in die universitäre Lehre und die gruppen finden am NMI in enger Verzahnung mit den NMI-
Möglichkeit zur Anfertigung von Abschluss- und Promoti- Wissenschaftlern statt — ein sehr erfolgreiches Modell,
onsarbeiten am NMI. von dem beide Partner profitieren.
NMI 2020 5
>> NMI — wichtiger Player am Gesundheitsstandort Baden-Württemberg
Baden-Württemberg gehört zu den Top-Standorten der Forum Gesundheitsstandort Gezielte Translation in die Anwendung
weltweiten Gesundheitsindustrie. Engagiert und ideen- Mit dem Forum Gesundheitsstandort Baden-Württemberg Im Forum erarbeitet das NMI in engem Austausch mit
reich leistet das NMI seinen Beitrag, diese Spitzenstellung bietet die Landesregierung ein Format für die Kooperation anderen Akteuren Lösungsansätze, um den Gesundheits-
zu sichern und weiter auszubauen. Hauptaufgabe ist die von universitären, außeruniversitären und Industriepart- standort Baden-Württemberg auf ein höchstmögliches
Übertragung zukunftsfähiger Forschungsergebnisse in die nern in der Forschung und Innovationsentwicklung und Niveau zu entwickeln. Im Mittelpunkt stehen dabei die
wirtschaftliche Verwertung und Anwendung. Marktreife schafft die Rahmenbedingungen für einen engen, strate- Intensivierung und Beschleunigung der Translations
Produkte, Technologien oder Dienstleistungen sind das gisch koordinierten Dialog aller relevanten Akteure. prozesse.
Ergebnis. Das NMI bringt sich engagiert in die Arbeit des Forums ein. Das NMI beteiligt sich in einer ersten Förderperiode mit
Davon profitieren vor allem kleine und mittelständische Prof. Dr. Katja Schenke-Layland ist in ihrer Funktion als vier Projekten an diesem Prozess. Die durch das Ministerium
Unternehmen, die über keine oder keine große, eigene Direktorin des NMI Themensprecherin der Arbeitsgruppe für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau geförderten
Forschungsabteilung verfügen. Hier ist das NMI wichtiger „Wirtschaftsnahe Forschung und Innovation“ des Wirt- Projekte adressieren die Themenfelder personalisierte
Partner für innovatives Know-how. schaftsministeriums. Medizin, Digitalisierung und Wissenstransfer.
Mit seinem Forschungs- und Dienstleistungsange-
bot ist das NMI ein unverzichtbarer Partner vor
allem für kleine und mittlere Unternehmen, die
aufgrund des hohen Kostendrucks keine eigenen
Forschungskapazitäten vorhalten können, aber
Prof. Dr. Katja Schenke-Layland
dennoch ständig neuen Anforderungen gerecht
auf Delegationsreise unter
Leitung von Ministerpräsident
werden müssen.
Winfried Kretschmann
Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut, Ministerin für Wirtschaft, Arbeit und
© Eric Berghen Wohnungsbau des Landes Baden-Württemberg
6 NMI 2020
>> Forschungs- und Technologietransfer über Ausgründungen
Das NMI setzt auf Ausgründungen als Königsweg für den
Technologietransfer und fördert forschungsbasierte
Das NMI war das Elternhaus der TETEC, in dem wir groß gewor-
Gründungsvorhaben, die mit aufwändigen und risiko- den sind. Heute sind wir ‚erwachsen‘, aber immer noch sehr froh
reichen Entwicklungsarbeiten verbunden sind.
über die Nähe zum NMI und seine Unterstützung. Ohne das NMI
Die Ergebnisse dieser Gründerkultur am NMI können sich
sehen lassen: In den vergangenen 20 Jahren wurden am wäre TETEC nicht so weit gekommen!
NMI oder mit Hilfe des NMI 15 Unternehmen gegründet.
Ihre Gründung stand jeweils im direkten Zusammenhang Dr. Christoph Gaissmaier und Dr. Klaus Maleck,
mit Forschungsergebnissen und Entwicklungen des NMI. Executive Board, TETEC AG Reutlingen
1996 1998 2000 2001 2002 2003 2008 2009 2010 2016 2017 2019
NMI 2020 7
>> Zentrum für Nanoanalytik am NMI
Als ausgewähltes Leuchtturmprojekt im RegioWIN Wettbe- Modernste Ausstattung
werb „Regionale Wettbewerbsfähigkeit durch Innovation Das Zentrum für Nanoanalytik verfügt über zwei der welt-
und Nachhaltigkeit“ entstand 2018 das Zentrum für Nano- besten Elektronenmikroskope. Ihr Auflösungsvermögen
analytik am NMI. Das Forschungs- und Dienstleistungs- liegt bei 0,1 Nanometern. Damit können Atome als e inzelne
zentrum für hochauflösende Nanoanalytik stellt hoch- Punkte erkannt werden. Dies ermöglicht den Nutzern die
spezialisierte Analysegeräte für die Material-, Werkstoff- genaue Materialanalyse bis in den atomaren Bereich. Mit
und Produktentwicklung bereit. dieser Technik zählt die Region um Reutlingen zu den
Es ist regionale Anlaufstelle für innovative Unternehmen europäischen Spitzenstandorten der Nanoanalytik.
mit werkstofftechnischen Fragestellungen und Produkt- Auch die präparative Ausstattung des Zentrums ist auf
ideen. Sie können dort die Geräte für die Nanoanalytik höchstem Niveau, nicht zuletzt um das Potenzial der
nutzen und von der materialwissenschaftlichen Expertise, hochauflösenden Elektronenmikroskope und der anderen
Beratung und Unterstützung des NMI profitieren. Nanoanalytik-Instrumente effektiv ausschöpfen zu kön-
Das Nutzungsmodell sieht ausdrücklich einen nieder- nen. Es können ultra-dünne Materialproben hergestellt
schwelligen Zugang für Praktiker aus Unternehmen vor. werden, deren Struktur komplett erhalten bleibt, ohne sie Zukunft gestalten — Forschungscampus
BioMedTech und Zentrum für Nanoanalytik
Mit dem ganzheitlichen Ansatz will das NMI regionalen zu schädigen. Auch die sogenannte Kryo-Präparation, die
Unternehmen zu genauer Nanoanalytik und einem inter- bisher nur wenige Zentren anbieten können, beherrscht
nationalen Wettbewerbsvorteil verhelfen. Gleichzeitig das NMI.
zieht das Zentrum auch Wissenschaftlerinnen und Wissen-
Relevant ist das Angebot des Zentrums für Nanoanalytik
schaftler der Region an, die hier sowohl Grundlagen- als
vor allem für die Bereiche Materialwissenschaften, Biome-
auch anwendungsorientierte Forschung betreiben können.
dizin und Werkstofftechnik. Zudem wird die Nanoanalytik
in der Halbleiterindustrie, der Life-Science-Forschung und
in neuen Geschäftsfeldern wie der Elektromobilität oder
dem 3D-Druck benötigt.
Das Zentrum für Nanoanalytik macht es nun auch
in Baden-Württemberg möglich, mit der globalen
Konkurrenz im Bereich der Nanoanalytik Schritt zu
halten.
Dr. Stefan Raible, stellvertretender Institutsleiter am NMI www.rwb-efre.baden-wuerttemberg.de
8 NMI 2020>> NMI TT GmbH — Professionelle Dienstleistungen und Produkte
Die NMI Technologietransfer GmbH (NMI TT GmbH) ist ein
Tochterunternehmen des NMI und komplettiert die am NMI
beginnende Wertschöpfungskette durch ihre industrie-
nahen Angebote. Dabei hat sich die NMI TT seit ihrer Grün-
dung 2002 mit drei etablierten Marken eine erhebliche
Breite erarbeitet:
NMI TT Pharmaservices — NMI TT Testing Services — NMI TT Microdevices —
unsere Marke für die Auftragsforschung unsere Marke für pharmazeutische Analysen unsere Marke für innovative Produkte
Als Contract Research Organisation (CRO) stellen wir Mit einer pharmazeutischen Herstellungsgenehmigung Neben den beiden dienstleistungsorientierten Bereichen
Dienstleistungen für die pharmazeutische Wirkstoffent- und einer GMP-Zertifizierung fokussiert sich die NMI TT geht es hier um Produkte für die Life Sciences. In unserem
wicklung zur Verfügung und arbeiten dabei für einen Testing Services in diesem Bereich auf analytische Ange- ISO-zertifizierten Reinraum werden verschiedene, hoch-
breiten Kundenstamm von deutschen und internationalen bote für Unternehmen, welche ihre Arzneimittel, Medi- moderne und -komplexe Mikroelektrodenarrays (MEAs)
Pharma- und Biotech-Unternehmen. Mit exzellenten kamente für neuartige Therapien oder Medizinprodukte für die elektrophysiologische Forschung produziert. Einen
Synergien zur wissenschaftlichen Ausrichtung des NMI untersuchen lassen wollen. Dabei geht es zum Beispiel um weiteren Vertreter unserer wachsenden Produktpalette
bieten wir Services in den Bereichen Protein-Profiling die korrekte Identität und Reinheit von Wirkstoffen sowie bilden chipbasierte Protein-Assays für die Biomarker
(z. B. proprietäre Immuno-Assays für die translationale die Detektion von etwaigen Verunreinigungen. identifizierung und -entwicklung (ZeptoCHIPs).
medizinische Forschung), Zellbiologie (z. B. Wirkstoff-
testungen in patientenabgeleiteten immun-onkologischen
Zellsystemen) und Elektrophysiologie (für Toxikologie und
Sicherheitspharmakologie) an.
Pharmaservices Te s t i n g S e r v i c e s M i c r o d e v i c e s
NMI 2020 9NMI Kompetenzen >>
Pharma und Biotechnologie Mikrotechnik Nanotechnologie
Biochemie Mikrosystemtechnik Nanomaterialien
Bioanalytik Mikrofluidik Nanostrukturierung
Molekularbiologie Aufbau- und Verbindungstechnik Nanoanalytik
Zellbasierte In-vitro-Testsysteme Sensorik
Elektrophysiologie
Werkstofftechnik
Klebtechnik
Schicht- und Grenzflächenanalytik
Beschichtungstechnik
Atom- und Molekülspektroskopie
Biomedizintechnik
Biophysikalische Chemie
Regenerative Biomaterialien
Oberflächentechnologie
Beschichtungen
Analytik
Immunologie an Grenzflächen
Prüfungen für Zulassungen
10 NMI 2020NMI Geschäftsfelder >>
Pharma und Biotech Biomedizin und Materialwissen- Analytik und Elektronenmikroskopie
F&E-Projekte und Dienstleistungen schaften Mikro-, Nano- und Oberflächentechno-
für die präklinische Medikamenten- Prüftechniken und Zukunftstechno- logien für die Entwicklung, Produktion
entwicklung sowie die präklinische logien für Medizinprodukte sowie für und Analyse von Industriegütern
und klinische Forschung neue personalisierte diagnostische
und therapeutische Ansätze
NMI 2020 11>> Pharma und Biotech
Verbesserte Diagnose und Therapieverfahren Zunehmend bündeln Pharmaunternehmen ihre Ressour-
cen und setzen im Forschungsbereich auf Outsourcing an
externe Partner, um dadurch effizienter vom technischen
Die Pharmabranche ist geprägt von dynamischen Ent-
und wissenschaftlichen Fortschritt in der Biomedizin zu
wicklungen und beträchtlichen Fortschritten in der bio-
profitieren. Hier ergeben sich erhebliche Chancen, die das
medizinischen Forschung. Charakteristisch für die Branche
NMI aktiv nutzt.
ist ein immer stärker werdender Wettbewerb mit kurzen
Time-to-Market-Zeiten in einem immer stärker gesetzlich
regulierten Umfeld. Wichtige Bedarfsfelder sind chroni- NMI: Innovative Testsysteme und Technologien
sche und degenerative Erkrankungen, die Folgen von Das NMI ist ein für die Konzeption und Durchführung von
Zivilisationskrankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen F&E-Projekten anerkannter Partner der Pharmaindustrie
und Diabetes Typ 2 sowie die steigende Zahl psychischer und biotechnologischer Unternehmen. Gleichzeitig bietet
Erkrankungen. das NMI maßgeschneiderte Dienstleistungen für die prä
klinische Medikamentenentwicklung, die studienbeglei-
Neue Technologien wie die Hochdurchsatzsequenzierung, tende Diagnostik sowie die präklinische und klinische
die molekulare Genetik und Biosensorik sowie hochauf- Forschung an.
lösende Visualisierungsverfahren ermöglichen neue Durch ein umfangreiches wissenschaftliches Netzwerk
therapeutische Ansatzpunkte und eröffnen somit attrak- und eine erstklassige technische Ausstattung ist das NMI
tive Tätigkeitsfelder für Forschung und Entwicklung. Die in der Lage, flexibel und kompetent Erkenntnisse aus der
individualisierte oder personalisierte Medizin und damit Grundlagenforschung in die industrielle und klinische
die Entwicklung von maßgeschneiderten Arzneimittel– Anwendung zu transferieren.
therapien werden zukünftig eine wirkungsvollere Behand-
lung bei gleichzeitig höchster Patientensicherheit
Das NMI unterstützt die präklinische und klinische Wirk-
erlauben.
stoffentwicklung mit folgenden Plattformtechnologien:
Biomarker und multiplexe Immunoassays
Krankheiten Proteomics und Bioanalytik
Zelluläre Assay- und Screeningsysteme für:
früher erkennen, – Tumor und Immunonkologie
– Entzündungen, Immunreaktionen
effektiver behandeln &
NMI 2015 | JB2016 1.0
– Zentralnervensystem (ZNS)
– die Bestimmung von Nebenwirkungen am Herzen
individueller therapieren
12 NMI 2020Biomarker und multiplexe Immunoassays Proteomics und Bioanalytik Zelluläre Nachweissysteme
Medikamentenentwicklung, Indikatoren für Diagnose Hochempfindliche und selektive Nachweismethoden Für eine effektive Wirkstoffforschung
und Therapie Zur Identifizierung neuer Biomarker werden am NMI hoch Im Mittelpunkt der präklinischen Medikamentenentwick-
Der quantitative Nachweis einer Vielzahl von Biomarkern empfindliche und selektive Nachweismethoden e ingesetzt. lung stehen der Nachweis und die funktionelle Charakte-
bei gleichzeitig hoher Sensitivität und Spezifität ist eine Verwendet werden diese für die Qualitätskontrolle thera- risierung zellulärer Zielstrukturen. Das NMI entwickelt auf
große Herausforderung für die personalisierte Medizin. Das peutischer Proteine und zur Entwicklung kundenspezifi- Basis grundlegender Erkenntnisse der Zell- und Neurobio-
NMI löst diese Aufgabe mit seiner langjährigen E xpertise scher Assays. Hierzu stehen modernste Massenspektro logie innovative zelluläre Testsysteme für eine effektivere
in der Entwicklung und Anwendung von immunbasierten meter wie das maXis II und das Q-Exactive Plus zur Ver Wirkstoffforschung.
Nachweisverfahren. fügung. Durch eine enge Kooperation mit den Kliniken stehen dem
Am NMI arbeiten mehr als 35 Forschende an der Entwick- NMI eine Vielzahl patientenabgeleiteter Systeme (u. a. plu-
lung und Validierung von Immunoassays auf modernsten Qualitätskontrolle innovativer Biotherapeutika ripotente Stammzellen, Mikrotumore, Organoide) zur Ver-
technischen Plattformen: Mittels hochauflösender Massenspektrometrie analysiert fügung. Alternativ werden spezifische Krankheitsmodelle
das NMI therapeutische Antikörper im Hinblick auf Identi- mittels gezielter Geneditierung (CRISPR/Cas9) und RNA-
Ultrasensitive SIMOA (Quanterix) tät und Integrität, Mikroheterogenität, Sequenzvarianten, Interferenz erstellt. Diese zellulären Modelle werden mit
Abbauprodukte und Disulfidbrücken. High Content Imaging sowie einer Vielzahl biochemischer,
Quantitative Erfassung einzelner Zielanalyte in äußerst
molekularer, optogenetischer Assays entsprechend der
geringer Konzentration mittels ultrasensitiver Sandwich- Besondere Expertise besteht dabei in der Bestimmung
Fragestellungen des Kunden funktionell analysiert.
Immunoassays. der Sequenzvariation und in der Analyse verschiedener
Produktionschargen. Zur zeit- und ortsaufgelösten Bestimmung von Wirkstoff-
effekten werden am NMI kontinuierlich neuartige zelluläre
Bead-basierte Luminex- und DigiWest-Technologie Biosensoren (Chromobodies) entwickelt und in krankheits-
Quantitativer Nachweis hunderter Zielanalyte aus relevanten Zellmodellen eingesetzt. Diese ermöglichen
kleinsten Probenmengen. es, zelluläre Reaktionen nach einer Wirkstoffbehandlung
optisch mittels High Content Imaging in Echtzeit zu verfol-
gen und quantitativ zu bestimmen.
Reverse Phase Proteinarrays
Eine besondere Stärke des NMI sind die vielfältigen elektro-
Quantifizierung einzelner Zielanalyte von geringster
physiologischen Methoden wie manuelles und automatisier
Menge in einer großen Probenzahl.
tes Patch-Clamp (Roboocyte, Patchserver, QPatch) und
Mikroelektrodenarrays. Damit lassen sich die Funktion und
Diese für die Medikamentenentwicklung verwendeten Modulation von Ionenkanälen u. a. bei der Regulation von
Technologien und Verfahren kommen in öffentlich geför- Nerven-, Herz- und Muskelzellen untersuchen.
derten Projekten und Industrieaufträgen zum Einsatz.
So u. a. für die Bestimmung von (Neben-)Wirkungen oder
medikamenteninduzierten Organschädigungen.
NMI 2020 13>> Pharma und Biotech
Tumor und Immunonkologie Modelle für Erkrankungen des ZNS
Personalisierte Medizin und Präzisionsonkologie Am NMI werden aus patientenabgeleiteten Stammzellen
In den letzten Jahren wurden am NMI patientenabgeleitete (induziert-pluripotente Stammzellen (iPSC)) aussagekräf-
Mikrotumore aus mehr als zehn verschiedenen Tumorarten tige Krankheitsmodelle erzeugt. Um diese zu qualifizieren,
etabliert, die für Wirkstofftests zur Verfügung stehen. werden umfassende Methoden, wie z. B. Elektrophysiologie,
Molekularbiologie und High Content Imaging, eingesetzt.
Um eine detaillierte Analyse und Evaluation der Wechsel-
Damit lassen sich komplexe Erkrankungen wie z. B. Autis-
wirkung zwischen Immun- und Krebszellen zu ermöglichen,
werden diese Mikrotumore mit Immunzellen, die vom glei-
mus und Schizophrenie in vitro darstellen. >> SIGNATOPE —
Im Zuge einer alternden Gesellschaft gewinnen neurode-
chen Patienten stammen, kultiviert und für die Wirkstoff-
testung eingesetzt. generative Erkrankungen wie die altersbedingte Makula Innovationspreis des Landes für
Dies erlaubt schnelle und reproduzierbare Rückschlüsse
degeneration an Bedeutung. Das NMI untersucht hierzu
Wirkstoffe in organtypischen Retinakulturen, die mit elek-
das erfolgreiche NMI-Start-Up
auf die Effizienz neuester Ansätze der Krebsimmun-
trophysiologischen Messungen mit Mikroelektrodenarrays SIGNATOPE — eines der erfolgreich ausgegründeten Start-
therapie.
kombiniert und mit Gewebeanalysen und der Messung Up-Unternehmen des NMI — wurde 2019 mit dem Innovati-
des kontrollierten Zellabbaus verknüpft werden. Ferner onspreis des Landes Baden-Württemberg ausgezeichnet.
steht ein neues Modell zur Modellierung altersabhängiger Das Unternehmen bietet neue Biomarker-Testverfahren
Neurodegeneration durch genetische Schädigung von für die frühzeitige Erkennung von Nebenwirkungen bei der
Mitochondrien zur Verfügung, das mit Calcium Imaging Medikamentenentwicklung an. Nebenwirkungen an Niere
und elektrophysiologischen Methoden kombiniert wird. und Leber können damit in allen Stadien der Arzneimittel-
Zusätzlich wurde am NMI ein miniaturisiertes Zellsystem entwicklung getestet werden — schnell, über Artgrenzen
entwickelt, mit dem elektrophysiologische Messungen von hinweg und selbst mit kleinsten Probenmengen. Das ver-
dreidimensional kultivierten Neuronen ermöglicht werden. einfacht und beschleunigt die Tests erheblich und sorgt
Dieser hochinnovative Ansatz dient der Erforschung neuer für schnellere und zuverlässigere Aussagen über Wirkung
Medikamente. und Nebenwirkung von Medikamenten. Die Patienten pro
fitieren davon direkt durch eine höhere Medikamenten-
sicherheit.
14 NMI 2020>> NMIaktiv
>> Der Kommunikation von Nervenzellen auf der Spur
Neurodegenerative Erkrankungen nehmen in unserer alternden Gesellschaft dramatisch zu. Bei
der Entwicklung neuer Therapien sind die Forscher bisher weitgehend auf 2D-In-vitro-Experimente
und Tiermodelle angewiesen. Diese Ansätze stellen jedoch die Vielschichtigkeit neurodegenerativer
Prozesse im menschlichen Gehirn nur unzureichend dar und haben daher in klinischen Studien einen
geringen prädiktiven Wert gezeigt. Eine Vorhersage über die tatsächliche Wirkung wird dadurch >> PRIMO — Personalisierte Krebs-
erschwert.
Um diese Lücke zu schließen, hat das NMI eine revolutionäre Brain-on-a-Chip (BoC)-Plattform ent-
therapie
wickelt, die auf der Integration von Mikrofertigungstechnologien, Elektrodenarrays und Mikrofluidik Individuelle Therapien haben das Potenzial, Krebserkran-
basiert, um hirnrelevante 3D-Schaltungen in einem Hochdurchsatzformat zu rekonstruieren, abzu- kungen deutlich besser behandeln zu können. Um auf die-
fragen und darzustellen. sem noch jungen Gebiet Fortschritte zu erzielen, arbeitet
In Kombination mit der Verwendung von induziert-pluripotenten Stammzellen (iPSC) wird dieser das NMI zusammen mit zwei weiteren Instituten der Inno-
Ansatz eine neuartige Technologie zur Erforschung menschlicher neurodegenerativer Erkrankun- vationsallianz Baden-Württemberg an der Verknüpfung
gen ermöglichen und gleichzeitig die Wirksamkeit und Sicherheit neu entwickelter Substanzen von Digitalisierungstechnologien und medizinischen Tests.
bewerten. Im Projekt PRIMO wird ein integratives und dynamisches
Behandlungskonzept abgeleitet, bei dem neue Ansätze zur
Verbesserung der digitalen Infrastruktur, der software
>> Identifizierung kardialer Risiken basierten Automatisierung manueller Prozesse, Machine
Learning-Algorithmen und Big-Data-Management verfolgt
von Arzneistoffen werden. In enger Zusammenarbeit mit dem Zentrum für
Das NMI ist Vollmitglied der internationalen Non-Profit- Personalisierte Medizin (ZPM) Tübingen und dem Depart-
>> Umfassende Proteinanalyse Institution HESI, die wissenschaftliche Fragestellungen ment für Frauengesundheit werden Methoden der Präzi-
im Bereich Gesundheit, Toxikologie und Risikobewertung sionsonkologie evaluiert, wie z. B. personalisierte Wirk-
aus kleinsten Probenmengen bearbeitet. stofftests mit patienten-abgeleiteten 3D-Mikrotumoren
Im Rahmen der CIPA-Studie (Comprehensive In Vitro in Co-Kultur mit autologen Immunzellen. Darüber hinaus
Der Vergleich von Proteinen einer gesunden und einer Proarrhythmia Assay) erarbeitet eine internationale werden multimodale Verfahren zur gleichzeitigen Analyse
kranken Zelle ermöglicht Aussagen darüber, welche Pro- Expertengruppe unter Beteiligung des NMI eine neue von Proteinprofilen und genetischen Signaturen gezielt
teine die Entstehung von Krankheiten wie beispielsweise Strategie zur Identifizierung kardialer Risiken von Arznei- weiterentwickelt und Methoden für das therapiebeglei-
Krebs begünstigen oder hemmen. So liefern Proteine für mitteln, die mittels pluripotenter stammzellabgeleiteter tende Monitoring der minimalen Resterkrankung (MRD)
die Diagnostik große Möglichkeiten. humaner Kardiomyozyten-Assays eine genauere Vorher- weiter automatisiert.
Mit der neuen, am NMI entwickelten DigiWest-Methode sage nicht-intendierter Herz-Rhythmus-Störungen ermög-
lassen sich Proteinmenge und Proteinmodifikationen licht. Das NMI gehört zu den wenigen, weltweit ausgewähl-
aus geringster Probenmenge nachweisen. Gleichzeitig ten Prüflaboren, das eine elektrophysiologische Prüfung
erhöht DigiWest den Probendurchsatz durch den parallel vornimmt. Ziel der Studie ist die Aktualisierung bestehen
ablaufenden Nachweis von bis zu 250 verschiedenen der nicht-klinischer Richtlinien, damit neue Wirkstoffe
Antigenen in ein und derselben Probe. sicherer, schneller, kostengünstiger und unter Vermeidung
Den Labors bringt dies eine große Arbeits- und Zeit von Tierversuchen entwickelt
ersparnis: Indem die Menge benötigter Nachweisrea werden können.
genzien sinkt, wird eine Reduktion der Kosten von bis
zu 95 % erwartet.
NMI 2020 15>> Pharma und Biotech
>> Projekt zur Personalisierten Diagnostik stärkt
Gesundheitsstandort
Kooperation statt Silo-Denken soll den Gesundheitsstandort Baden-Württemberg stärken. Ein
Instrument dafür ist das „Forum Gesundheitsstandort BW“ — initiiert und geleitet durch die Landes-
regierung Baden-Württemberg. Das NMI ist Partner des Verbunds aus Forschungsinstituten, Klini-
ken und Unternehmen. In Kooperationspartnerschaften aller Akteure werden Lösungsansätze und
Maßnahmen erarbeitet, um den Gesundheitsstandort Baden-Württemberg auf ein höchstmögliches
Niveau zu entwickeln.
In einer ersten Förderphase leitet das NMI u. a. das Verbundprojekt „Prädiktive Diagnostik immun
assoziierter Krankheiten“. Ziel ist die Erforschung und Etablierung personalisierter Diagnostik
ansätze für den weiten Kreis an Erkrankungen, an denen das Immunsystem beteiligt ist. Damit soll
die Transformation von der symptomatischen Behandlung, zum Beispiel mit Entzündungshemmern,
zur kurativen Therapie gelingen. Die Projektpartner eint die Überzeugung, dass eine effiziente per-
sonalisierte Therapie nur auf Basis einer personalisierten Diagnostik machbar ist. Das NMI bringt
insbesondere seine Expertise in der Entwicklung Marker-freier Diagnostikverfahren, hochsensitiver
Proteinanalytik inklusive Biomarkerbestimmung sowie der Herstellung Patienten-abgeleiteter Zellen
>> Antigen-Erkennung mit und von 3D-Kulturmodellen ein.
Massenspektrometrie aufklären
Was passiert auf molekularer Ebene, wenn ein Antikörper die p assende
Region eines Antigens erkennt? Die Antwort liefert den Schlüssel für
ein tiefer greifendes Verständnis der Wirkweise von Antikörpern. Und
für deren therapeutische Anwendung: Wenn Erkennungsregionen
von Antigenen zuverlässig kartiert werden können (Epitop-Mapping),
erleichtert das die Suche nach geeigneten Kandidaten für therapeu-
tische Antikörper. Am NMI wurde eine zeit- und materialschonende
Methode des Epitop-Mappings mithilfe der Massenspektrometrie ent-
wickelt. Sie beruht auf der Detektion kleinster Masse-Unterschiede von
Protonen in nicht-gebundenen bzw. gebundenen Antikörper-Antigen-
Komplexen. Der besondere Nutzen des NMI-Ansatzes: die für ein Forum Gesundheitsstandort BW:
Antigen optimierte Methode kann für viele verschiedene Antikörper Prof. Dr. Ulrich Rothbauer,
Bereichsleiter Pharma und Bio-
eingesetzt werden. Die Entwicklung der Technologie wurde im Rahmen tech, stellt Ministerpräsident
eines ZIM-Projekts durch das BMWi gefördert. (FKZ 16KN069421) Winfried Kretschmann das NMI-
Projekt „Prädiktive Diagnostik
immunassoziierter Krankheiten“
16 NMI 2020 vor.>> NMIaktiv
>> Mit Nanobodies hochaufgelöst in Zellen blicken
Nanobodies sind wenige Nanometer große Antikörperfragmente, die hochspezifisch k leine Peptide
erkennen. Diese Peptide können an zelluläre Strukturen gekoppelt werden. Das NMI hat zusammen
mit dem MPI für terrestrische Mikrobiologie in M arburg eine universelle Nanobody-Technologie ent-
wickelt, mit der Zellstrukturen in der hochauflösenden Mikroskopie analysiert werden können.
Der am NMI entwickelte Nanobody „BC2-NB“ kann farblich markiert werden und bindet an ein nur
12 Aminosäuren kurzes Peptid (BC2-Tag). Sein großer Vorteil: eine Kopplung dieses Peptids an zellu
läre Strukturen beeinflusst nicht deren Funktion. Deshalb können sogar lebende Zellen mithilfe dieser
Nanobody-Technologie untersucht werden.
>> Schlüsselproteine der Netzhaut-
degeneration messbar machen
Das diabetische Makulaödem und die altersbedingte Makulade-
generation haben die gleiche Ursache: das krankhafte Wachs-
tum von Blutgefäßen im Bereich des schärfsten Sehens. Einer
der Hauptakteure dabei ist der Wachstumsfaktor VEGF-A (Vas-
cular Endothelial Growth Factor). Durch eine direkte Injektion
von therapeutischen Antikörpern ins Auge kann seine Wirkung
gehemmt werden. Ein neues Testverfahren des NMI macht es
erstmals möglich, den Effekt der Antikörper auf ihr Zielprotein
genau zu untersuchen. Der hochsensitive Immunoassay wurde
auf der Single-Molecule-Array-Plattform (Simoa) der Firma
Quanterix entwickelt und steht nun auch zur Verfügung, um
die Entwicklung neuer, verbesserter Medikamente gegen die
Makuladegeneration zu begleiten. Der Test gehört zur Reihe
hochempfindlicher Detektionssysteme BC2-tag/BC2 Nanobody-System zur Markierung und Darstellung zellulärer Strukturen — hier gezeigt am Beispiel von Vimentin
für Biomarker am NMI, die eine — mittels dSTORM
zuverlässige Messung von Pro-
teinen bis in den untersten
Femtogramm pro Milliliter >> Antikörper-Tests — schnell, flexibel und genau
Bereich erlauben und nur Mit langjähriger Expertise entwickelt das NMI Tests für den Nachweis von Antikörpern im Blutserum
wenige Mikroliter Proben bzw. -plasma. Eine besondere Spezialität des Instituts sind multiplexe serologische Testverfahren,
volumen benötigen. mit denen in einem einzigen Ansatz gleichzeitig mehrere unterschiedliche Antikörper detektiert
werden können. Das ermöglicht zum Beispiel die parallele Testung auf verschiedene Erreger wie
Hepatitis A, B, C und E.
Im Frühjahr 2020 gelang es dem NMI in kürzester Zeit, einen hochgenauen multiplexen Test für
SARS-CoV-2-Antikörper zu entwickeln. Er weist zugleich Antikörper gegen saisonale Coronaviren
nach — somit können Kreuzreaktionen aufgedeckt werden. Mit dem Test steht ein geeignetes Test-
Diabetisches Makulaödem: krank- verfahren für die Überprüfung bereits positiv getesteter Personen zur Verfügung (Second-Line-Test).
haftes Wachstum von Blutgefäßen
im Bereich des schärfsten Sehens
Außerdem eignet sich der Test zur epidemiologischen Analyse der Hintergrund-Immunität in der
Bevölkerung.
NMI 2020 17Z
O
>> Biomedizin und Materialwissenschaften
Biologisierung, Miniaturisierung, Zu den wichtigsten Fortschrittsdimensionen der Medizin-
X Individualisierung technik gehören die Biologisierung, die Miniaturisierung
und die Individualisierung von Medizinprodukten. Sie er-
gänzen sich gegenseitig und ermöglichen immer bessere,
Die Medizintechnik ist eine dynamische Industrie mit
effektivere und individuellere Therapie- und Diagnostik-
hohem Innovationsgrad. Neuentwicklungen aus der
verfahren. Wesentliche Technologie- und Anwendungsfel-
Mikroelektronik, Sensorik, Biotechnologie und Material-
der sind Prothesen und Implantate, die In-vitro-Diagnostik
wissenschaft schaffen die Voraussetzung für immer neue
sowie operative und interventionelle Geräte und Systeme.
Therapieverfahren mit dem Ziel, ein Leben und Altern
in guter gesundheitlicher Verfassung zu sichern. Die
NMI: anwendungsorientiert und interdisziplinär
starke Innovationskraft der überwiegend mittelständisch
Neue innovative Medizinprodukte sind in hohem Maß das
geprägten deutschen Medizintechnik-Branche wird durch
Ergebnis interdisziplinärer Kooperation und des
überdurchschnittlich hohe Ausgaben für Forschung und
Wissenstransfers zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und
Entwicklung belegt.
Kliniken. Zusammen mit namhaften Medizintechnikunter-
nehmen gestaltet das NMI diesen Entwicklungsprozess.
Die älter werdende Gesellschaft, das steigende Gesund-
heitsbewusstsein und neue Diagnose- und Behandlungs-
Der interdisziplinäre Ansatz des NMI liefert innovative
möglichkeiten tragen dazu bei, dass die Medizintechnik
Ergebnisse auf den Gebieten:
auch in Zukunft ein Wachstumsmarkt bleiben wird. Gleich
zeitig steht die Medizintechnik großen Herausforderun-
Materialien und Oberflächen für die regenerative
gen gegenüber. Neue Verordnungen und immer höhere
Medizin
Anforderungen bei der Zulassung sowie eine zunehmende
Immunologische Reaktionen an medizinischen
Komplexität der Forschungs- und Entwicklungsprozesse
Oberflächen
kennzeichnen die anspruchsvollen Rahmenbedingungen.
Mikrosystemtechnik
Neurophysik und Sensorik
Das NMI positioniert sich diesbezüglich zunehmend als
Beschichtungstechnologie
wichtiger Partner der Industrie mit einschlägigen Kompe-
Klebtechnologie
tenzen zur Prüfung und Zulassung von Medizinprodukten.
Prozess- und Qualitätssicherung
Entwicklung neuer
Medizinprodukte
Y
— klein, biologisch, intelligent
18 NMI 2020Materialien und Oberflächen für die Immunologische Reaktionen an medizinischen Mikrosystemtechnik
regenerative Medizin Oberflächen Immer kleiner, immer smarter
Kontrollierte Wirkung Vorhersage von Materialunverträglichkeiten Mikrosystemtechnik und Mikroelektronik ermöglichen die
In der regenerativen Medizin spielen neuartige Biomate- Die Systemimmunologie beschreibt komplexe biologische Integration zahlreicher intelligenter Funktionen in stetig
rialien und funktionelle Oberflächen eine zentrale Rolle. Immunreaktionen wie Entzündung, Abstoßung von körper kleiner werdende Systeme. Und das für immer anspruchs-
Über sie lassen sich Wechselwirkungen zwischen Gewebe fremdem Material oder Sensibilisierung. Diese zellulär ab- vollere Anwendungen in der Produktion, im Gesundheits-
und Implantat intelligent steuern und damit körpereigene laufenden Reaktionsschritte stehen im Mittelpunkt des wesen sowie in der Energie-, Umwelt-, Kommunikations-
Regenerations- und Heilungsprozesse anregen und unter- aktuellen NMI Leuchtturmprojektes „Systemimmunologie und Sicherheitstechnik. Die Smart-System-Integration
stützen. Trägersysteme in der Zelltherapie sowie dem an biologisch-technischen Grenzflächen“. profitiert dabei von neuen Werkstoffen und Herstellungs-
Tissue Engineering, Implantate oder Wirkstofffreisetz verfahren sowie den Möglichkeiten der Dünnschicht
ungssysteme aus Biomaterialien eröffnen dank maßge- technologie zur Herstellung leichter und hochflexibler
Aufbau einer Werkstoffkollektion
schneiderter Eigenschaften und Funktionen bislang nicht Schaltungsträger und biokompatibler Verkapselungen.
Im Rahmen des Projekts werden mehr als 200 Biomateria-
realisierbare medizinische Möglichkeiten. Funktionelle
lien wie Kunststoffe, Metalle, Keramiken und Biopolymere
Beschichtungen bieten zusätzliches Innovationspotenzial, Von der Idee bis zum fertigen Bauteil
chemisch und physikalisch charakterisiert und so eine
beispielsweise um biologisch aktive Moleküle wie Enzyme
klassifizierte Werkstoffkollektion aufgebaut. Zur Untersu- Das NMI entwickelt, fertigt und testet spezifische Mikro-
oder Wachstumsfaktoren zu immobilisieren.
chung immunologischer Reaktionsprofile an den Material- systeme für Anwendungen in den Lebenswissenschaften
grenzflächen werden biologische In-vitro-Testverfahren und der industriellen Sensorik. Vom Design über die Simu-
Entwicklung und Funktionalisierung von Biomaterialien entwickelt und in einem ganzheitlichen, systemimmunolo- lation bis zur standardisierten Fertigung von Kleinserien
Zur Entwicklung von Biomaterialien nutzt das NMI unter gischen Ansatz ausgewertet. Auf Basis dieser Ergebnisse in modernen Reinräumen wird die gesamte Wertschöp-
anderem das Elektrospinning. So werden beispielsweise soll mit Hilfe einer Datenbank eine verlässliche Vorhersage fungskette abgedeckt. Die Wissenschaftler und Ingenieure
aus synthetischen Polymeren oder Proteinen und extra- von Materialunverträglichkeiten ermöglicht werden. entwickeln zwei- und dreidimensionale Mikroelektroden,
zellulären Matrixbestandteilen faserförmige 3D-Träger Chemosensoren und Komponenten für die In-vitro-Elektro-
Das NMI arbeitet hierzu mit drei Partnern der Universität
hergestellt. physiologie, für intelligente Implantate und Neuroprothe-
Tübingen, einer Arbeitsgruppe der Hochschule Reutlingen
Für die gezielte Modifikation bestehender Materialien und und drei forschungsstarken Biotechnologieunternehmen in sen.
zur Biofunktionalisierung von Medizinprodukten entwickelt, einem Forschungscampus „unter einem Dach“ zusammen.
fertigt und testet das NMI neuartige Biomaterialien und
Weitere 20 nationale und internationale Unternehmen aus
kundenspezifische Beschichtungen. Ein Fokus liegt auf
der Medizintechnikbranche und der Biotechnologie beglei-
der Entwicklung von Biomaterialien in Form interaktiver
ten das Verbundprojekt einerseits mit ihren Erfahrungen
Hydrogele und Schäume.
aus der Praxis, andererseits mit der Lieferung relevanter
Verschiedene physikochemische Analysen ermöglichen die Materialien als Mitglieder eines industriellen Lenkungs
Strukturanalyse und Charakterisierung von neuen Biomate kreises.
rialien und deren Oberflächen. Biologische Untersuchun-
gen geben Aufschluss über die Interaktion der Materialien
mit biologischen Systemen. Hier werden u. a. Studien zur
Biokompatibilität, Zell-Adhäsion und antimikrobiellen Wirk-
samkeit durchgeführt.
NMI 2020 19>> Biomedizin und Materialwissenschaften
Neurophysik und Sensorik Mikroelektrodenarrays Bioelektronische Medizin
Mikrosystem- und Nanotechnik für die Elektroaktive Schnittstellen zum Gewebe Neue Therapien
Lebenswissenschaften Biokompatible Mikrosysteme gehören seit der Einführung Flexible, biokompatible Neurointerfaces können implan-
Das NMI beschäftigt sich mit Komponenten und Systemen der Mikroelektrodenarrays (MEAs) zu den Kernkompeten- tiert werden, um spezifische bioelektrische Signale im
zur Manipulation und Analyse von Molekülen, Partikeln, zen des NMI. Sie ermöglichen einen direkten Signalaus- Innern des Körpers direkt auf der Oberfläche von Organen
Zellen und Geweben. tausch zwischen elektrisch aktiven Zellen, z. B. des Gehirns aufzunehmen. Dadurch kann das Zusammenspiel verschie-
Darüber hinaus nutzen die Forscher am NMI ihr breites oder des Herzens, und elektronischen Systemen. dener Organe untersucht und besser verstanden werden.
Know-how und modernste Ausstattung für Simulationen, Mikroelektrodenarrays für In-vitro-Anwendungen erlauben Durch elektrische Stimulation kann zusätzlich auf physio-
Entwicklungen und kleinserielle Produktionen von bio eine tiefe Einsicht in die Funktionsweise von einzelnen logische Abläufe Einfluss genommen werden. Neben der
kompatiblen Mikrosensor- und Mikrofluidiksystemen. Zellen, Zellverbünden und komplexeren Systemen. Auch Behandlung von Krankheiten wie z. B. Epilepsie, Parkinson
Zell-Zell-Kommunikation und die Signalausbreitung inner- oder chronischen Schmerzen kann mit ähnlichen Metho-
halb des Gewebes lassen sich durch diese Technologie den auch auf körpereigene Regelkreise eingewirkt werden.
Detektion und Stimulation neuronaler Aktivität
adressieren. Eigenschaften und mögliche Nebenwirkungen Dieser Ansatz der bioelektronischen Medizin bietet neu-
Für die Forschung auf dem Gebiet der Neurotechnologie artige, systemisch wirkende Therapieoptionen, die aktuell
von Medikamenten können so schnell und mit hoher Aus-
werden am NMI Systeme eingesetzt, bei denen k ultivierte im Fokus der Forschung stehen. Sie haben das Potenzial,
sagekraft untersucht werden.
und natürliche neuronale Strukturen direkt auf die Ober Krankheiten weitgehend nebenwirkungsfrei zu therapie-
Biologische Strukturen werden direkt auf die Oberfläche
fläche von Halbleiter-Chips gebracht werden. Diese Me ren, die medikamentös schwer zu behandeln sind. Aktuelle
der MEAs gelegt, gemessen und analysiert. Ebenso ist es
thode erlaubt die Untersuchung bioelektrischer Prozesse Vorhaben am NMI zielen u. a. auf die Behandlung von Dia-
möglich, Zellverbände auf MEAs über Tage und Wochen zu
einzelner Bestandteile von Zellen bis hin zu Zellverbünden. betes und Adipositas ab. Auf dem Weg zu anwendbaren
kultivieren und somit Langzeitstudien zu Entwicklungsvor-
Somit wird ein tiefes Verständnis der Funktion neuronaler Methoden sind noch viele Fragen offen, deren Beantwor-
gängen oder chronischen Effekten durchzuführen.
Cluster ermöglicht. tung nur durch Zusammenarbeit unterschiedlicher Diszip-
Die Optogenetik erlaubt eine differenzierte Stimulation be linen wie Naturwissenschaft, Ingenieurwesen und Medizin
stimmter Neuronentypen. In Kombination mit elektrischer erreicht werden kann.
Stimulation dienen auch diese Methoden der Erforschung
der komplexen Zusammenhänge in neuronalen und ande-
ren elektrisch aktiven Zellverbünden. Ziel dieser Arbeiten
ist die Entwicklung neuartiger Neuroprothesen und weite-
rer therapeutischer und diagnostischer Verfahren.
20 NMI 2020Prozess- und Qualitätssicherung Beschichtungstechnologie Klebtechnologie
Geprüfte Sicherheit Dünne Schichten — große Wirkung So funktioniert Verbindung
Hersteller medizintechnischer Instrumente und Geräte Bauteile verlangen mitunter besondere Behandlungen Kleben liegt im Trend. Wurde in der Industrie vor wenigen
sind zunehmend gefordert, die Qualität ihrer Produkte und Oberflächen, um die in der Praxis gestellten Anforde- Jahren noch überwiegend geschweißt, geschraubt und
nachzuweisen. Eine umfassende Prozess- und Qualitäts- rungen erfüllen zu können. Dazu zählen Reinigung, Akti- genietet, gewinnen heute stoffschlüssige Fügeverfahren
sicherung wird daher immer wichtiger. Um Produkteigen- vierung und Beschichtung, ohne dabei die Volumeneigen- wie die Klebtechnik immer mehr an Bedeutung.
schaften wie beispielsweise die Korrosionsanfälligkeit von schaften zu beeinflussen. Damit gestalten sich Prozesse effizienter und Bauweisen
Werkstoffen nach Laserbeschriftung, die Sauberkeit eines Gefragt ist die individuelle Anpassung der Oberflächen lassen sich vielfältiger realisieren. So ermöglicht Kleben
Materials oder die Sicherheit von Klebverbindungen beur- an die jeweils gegebenen physikalischen und chemischen neue Produkte und hat Potenzial — vor allem dort, wo
teilen zu können, ist die Analyse von Oberflächen in mole- Beanspruchungen. Dünnschnitttechnik, Plasmatechnologie unterschiedliche Materialien miteinander verbunden wer-
kularen Dimensionen sowie die sorgfältige Überprüfung und nasschemische Beschichtungsverfahren bieten für die den müssen, ohne die Werkstoffe zu verändern.
von Fertigungsschritten unverzichtbar. Hochempfindliche Oberflächenmodifizierung nach Maß besonders zukunfts-
Methoden zur Bestimmung von Elementen und chemischen weisende Möglichkeiten.
Kompetenz im Kleben
Verbindungen auf Oberflächen sind wesentlich beim Vali-
Das NMI unterstützt Kunden aus den Bereichen F ahrzeug-
dieren von Prozessen. Schicht für Schicht anwendungsoptimiert
und Maschinenbau, Medizintechnik sowie Elektronik,
Das NMI entwickelt individuelle Beschichtungslösungen Feinwerktechnik und Bauwesen bei der systematischen
Qualitätsnachweis für Medizinprodukte und Oberflächenfunktionalisierungen von Medizinproduk- Auswahl, Handhabung, Prüfung und Bewertung von Kleb-
Das NMI etabliert und qualifiziert Fertigungs- und Reini- ten und Industriegütern. Dabei werden die Eigenschaften stoffen und Klebsystemen. Grundlage sind langjährige
gungsprozesse und analysiert Oberflächen nach Bearbei- von Werkstoffoberflächen an die jeweiligen Anwendungs- Erfahrungen in der Kleb- und Oberflächentechnik, anwen
tung, Sterilisation und Beanspruchung. Ergänzend bietet umgebungen angepasst. dungsgerechte Festigkeits- und Beständigkeitsprüfungen
das NMI Unterstützung bei der biologischen Beurteilung Besondere Expertise besteht in der Plasmatechnologie zur sowie die fachgerechte Beurteilung der Prüfergebnisse.
von Produkten an. Kunden aus der Medizintechnik steht Oberflächenmodifizierung — beispielsweise zur Optimie- Zum Leistungsangebot zählen neben Kleben und Prüfen
das gesamte Know-how von der Biologie bis zur Oberflä- rung der Haft-, Gleit- und Benetzungseigenschaften, zur für industrielle wie medizintechnische Anwendungen auch
chen- und Werkstofftechnik zur Verfügung, um aussage- Erhöhung der Korrosions- und Verschleißfestigkeit oder Beratung und Schulung.
kräftige und belastbare Ergebnisse und Dokumente für zur Sicherung der Biokompatibilität von Werkstoffober-
die Qualitätssicherung und die Zulassung von Produkten flächen. Bei der Herstellung besonders dünner Schichten
zu erhalten. werden u. a. PVD- und CVD-Verfahren eingesetzt.
NMI 2020 21Sie können auch lesen
