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Zellzüchtung für neue Therapien

11.11.2010
Sofja Kovalevskaja-Preisträger 2010 im Bereich Biotechnologie, Dr. Dmitry Volodkin, wählte Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) am Standort Potsdam-Golm für seine 5-jährige Forschungsarbeit

Dmitry Volodkin erhielt im Bereich Biotechnologie einen der diesjährigen Sofja Kovalevskaja-Preise der Alexander von Humboldt-Stiftung. Die Preisverleihung fand am 09. November 2010 in Berlin statt. Mit seinem Preisgeld wird er in den nächsten fünf Jahren im Bereich »Zellzüchtung für neue Therapien« am Fraunhofer IBMT in Potsdam-Golm forschen, da hier ausgezeichnete technische, wissenschaftliche und personelle Voraussetzungen gegeben sind.

An die Einführung zellbasierter Therapien in der Medizin werden große Erwartungen geknüpft. So sollen Stammzellen künftig zur Behandlung degenerativer Krankheiten dienen, Zellen des Immunsystems sollen stimuliert und neue Medikamente an Gewebeproben zuverlässiger und ohne Tierversuche getestet werden. Für alle diese Anwendungen ist es notwendig, das Verhalten und die Entwicklung von Zellen gezielt steuern zu können. Die für solche Therapien wichtigen adhärenten Zellen, reagieren dabei auf die Beschaffenheit der Oberfläche, auf der sie kultiviert werden. Dies nutzt der Preisträger Dmitry Volodkin, der ultradünne Schichten aus diversen Polyelektrolyten so maßschneidert, dass er mit ihnen die Entwicklung und das Verhalten von Zellen steuern kann. Er modifiziert die Polyelektrolytschichten zudem so, dass sie sich durch externe Stimuli, etwa Laserlicht, in ihren Eigenschaften schalten lassen und somit sehr viel einfacher und vielfältiger nutzbar sind. Er will nun die zellbiologischen, biochemischen und physikalischen Aspekte dieses Konzepts weiter untersuchen und versuchen, das Potenzial für biomedizinische Anwendungen zu steigern.

Zur Person:

Dr. Dmitry Volodkin, geboren 1979 in Russland, studierte Chemie an der Staatlichen Lomonossov-Universität Moskau, wo er 2005 promoviert wurde. Forschungsaufenthalte führten ihn an das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam, Deutschland, und an die Universität Straßburg, Frankreich. Seit September 2009 forscht er als Humboldt-Stipendiat an der Technischen Universität Berlin.

Dr. Volodkin wird seine Arbeiten am Gastinstitut Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT in Potsdam-Golm mit Dr. Claus Duschl, Leiter der Abteilung Zelluläre Biotechnologie & Biochips, als persönlichem Partner ausführen.

Ansprechpartner:
Priv.-Doz. Dr. Claus Duschl
Institutsteil Potsdam-Golm
Am Mühlenberg 13
14476 Potsdam-Golm
Telefon: +49 (0) 331/58187-301
claus.duschl@ibmt.fraunhofer.de
Zum Gastinstitut:
Das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) versteht sich als Technologieentwickler und Gerätehersteller und ist gut ausbalanciert zwischen Grundlagen- und Anwendungsforschung. Seit seiner Gründung im Jahr 1987 ist das Fraunhofer IBMT Partner der Wirtschaft in den Gebieten Biomedizin-/Medizintechnik, Biotechnologie, Kryotechnologie, Gesundheitstelematik, Laborentwicklung sowie industrielle Prozessautomatisierung und -überwachung. Schwerpunkte sind Anwendungen in der medizinischen Diagnostik, Therapie und Therapiekontrolle sowie diesen Themen analoge Fragestellungen aus industriellen Bereichen. Wesentliche neue Schwerpunktfelder bilden die Methoden und Technologien zur industriellen Umsetzung der molekularen und zellulären Biotechnologie und die Kryotechnologie zur Lagerung lebender Proben bei tiefen Temperaturen sowie die Isolation, Kultivierung und Differenzierung von Stammzellen für die regenerative Medizin. Das Fraunhofer IBMT arbeitet seit fünf Jahren auf dem Gebiet der Stammzellforschung und erhielt als einziges Institut der Fraunhofer-Gesellschaft die Genehmigungen Nr. 18, 19 und 44 des Robert-Koch-Instituts zur Einfuhr humaner embryonaler Stammzellen.

Zur Abteilung Zelluläre Biotechnologie & Biochips:

Neuartige medizinische Diagnose- und Therapieverfahren, die Synthese von Biomolekülen oder die pharmazeutische Wirkstoffsuche kommen ohne die kompetente und zuverlässige Prozessierung und Charakterisierung hochkomplexer biologischer Proben nicht aus. Der Nutzwert von lebenden Einzelzellen, Zellgemischen oder Zelllysaten für entsprechende Anwendungen wird dabei insbesondere von deren Vitalität und Funktionalität bestimmt. Daraus ergeben sich hohe Ansprüche an die Kompatibilität technischer Systeme mit den Anforderungen der biologischen Proben. Basierend auf Konzepten aus Mikrosystem-, Oberflächen- und Nanobiotechnologie, sowie biotechnologischer und molekularbiologischer Verfahren werden in diesem Kontext in der Abteilung Zelluläre Biotechnologie & Biochips mehrere Ansätze verfolgt. Für die schonende Handhabung, präzise Steuerung und Analyse von lebenden Zellen werden Lab-On-Chip-Systeme entwickelt. Durch eine geschickte Kombination steuerbarer Polymeroberflächen, dielektrophoretischer Elemente und fluidischer Mikrokanäle lassen sich in den Chips wichtige Aufgaben erledigen. Mikrometergenaue Positionierung von Zellen und Zellclustern für die Mikroskopie, Sortieren heterogener Zellpopulationen, Aktivierung und Differenzierung von Zellen mittels oberflächenvermittelter und chemotaktischer Stimuli sowie schonende und enzymfreie Ablösung von Zellen von ihrem Kultivierungssubstrat sind hier als wichtige Beispiele zu nennen. Die dazu entwickelte Expertise wird in einem zweiten Ansatz eingesetzt, um das Potenzial der zellfreien Proteinsynthese für eine industrielle Nutzung auszuschöpfen. Diese seit kurzem am Standort Golm etablierte Technologie nutzt aufbereitete translationsaktive Zelllysate und umgeht dadurch viele Hindernisse der In-vivo-Produktion von Biomolekülen in Organismen. Durch die Optimierung der biologischen Prozessabläufe in definierten mikrofluidischen Reaktionsumgebungen erwarten wir substanzielle Verbesserungen bei Qualität und Ausbeute dieser Verfahren. Zugleich schaffen wir mit diesem Ansatz die Voraussetzung für die Darstellung wichtiger Proteinklassen, z. B. bestimmter Ionenkanäle und anderer pharmakologisch relevanter Membranproteine, die bisher weder mit In-vivo- noch mit In-vitro-Methoden in hinreichenden Mengen produzierbar sind. Schließlich beschäftigt sich die Extremophilenforschung der Abteilung mit kälteangepassten Schneealgen. Deren Nutzung als Produktionssysteme zur Gewinnung hochwertiger Substanzen wie z. B. Antioxidantien (Carotinoide und Vitamine), eisstrukturierender Proteine (ISP, ice structuring proteins) oder auch Fettsäuren steht darin im Mittelpunkt. Begleitend werden produktoptimierte Photobioreaktoren entwickelt. Die Kultursammlung CCCryo dient dabei als einzigartige Bioressource, die von Interessenten sowohl aus dem akademischen als auch aus dem privatwirtschaftlichen Bereich genutzt wird.

Zum Sofja Kovalevskaja-Preis:

Mit dem Sofja Kovalevskaja-Preis holt die Alexander von Humboldt-Stiftung die besten Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler aus unterschiedlichen Disziplinen zu Forschungsaufenthalten an deutsche Einrichtungen. Der seit 2002 zum fünften Mal verliehene Preis ist zurzeit einer der höchst dotierten Wissenschaftspreise in Deutschland und ermöglicht wissenschaftliche Arbeit zu einzigartigen Konditionen: Fünf Jahre lang können die jungen Forscher ohne administrative Zwänge an einem Gastinstitut ihrer Wahl arbeiten und eigene Nachwuchsforschergruppen aufbauen. Das Preisgeld von jeweils bis zu 1,65 Millionen € stammt aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung und dient in einer frühen Phase ihrer Karriere als Risikokapital für innovative Projekte. Bewerben können sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Disziplinen aus dem Ausland, die ihre Promotion vor nicht mehr als sechs Jahren abgeschlossen haben. Deutsche Wissenschaftler können sich ebenfalls um den Preis bewerben, wenn sie bereits seit mindestens fünf Jahren im Ausland forschen.

Mehr Informationen unter:
http://www.chemie.tu-berlin.de/klitzing/menue/ueber_uns/arbeitsgruppe/volodkin/
Hintergrundinformationen:
Aufgrund der Vielzahl hervorragender Bewerbungen wurden im Jahr 2010 zehn Preise mehr (insgesamt 18 Preise) als beim letzten Mal vergeben. »Möglich wurde dies durch die Flexibilität des Bundesforschungsministeriums, das angesichts der dieses Mal vielen wirklich herausragenden Kandidaten mehr Mittel zur Verfügung stellte und damit besonderes Talent, überdurchschnittliche Initiative und kreative Forschungsansätze belohnt«, sagte der Generalsekretär der Stiftung, Enno Aufderheide.

Die Alexander von Humboldt-Stiftung

Jährlich ermöglicht die Humboldt-Stiftung über 2 000 Forschern aus aller Welt einen wissenschaftlichen Aufenthalt in Deutschland. Die Stiftung pflegt ein Netzwerk von weltweit mehr als 24 000 Humboldtianern aller Fachgebiete in über 130 Ländern – unter ihnen 43 Nobelpreisträger.

Die Preisträger, ihre Herkunfts- und letzten Aufenthaltsländer, ihre Fachgebiete sowie ihre Gastinstitute sind:

• Isabel Bäurle, Deutschland/Großbritannien, Pflanzengenetik, Universität Potsdam, Institut für Biochemie und Biologie
• Lapo Bogani, Italien/Frankreich, Festkörperphysik, Universität Stuttgart, 1. Physikalisches Institut
• Camin Dean, USA, Neurobiologie, Universitätsmedizin Göttingen, European Neuroscience Institute Göttingen
• Christian Doeller, Deutschland/Großbritannien, Medizinische Neurobiologie, Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Tübingen
• Brandon Dotson, USA/Großbritannien, Tibetologie, Universität München, Institut für Indologie und Tibetologie
• Gustavo Fernandez Huertas, Spanien/Deutschland, Organische Chemie, Universität Würzburg, Institut für Organische Chemie
• Jörn Fischer, Deutschland/Australien, Ökologie, Leuphana Universität Lüneburg, Centre for Sustainability Management
• Christiana Fountoulakis Mäsch, Deutschland/Großbritannien, Schiedsgerichtsbarkeit, Universität Osnabrück, Institut für Europäische Rechtswissenschaft
• Jörg Fröbisch, Deutschland/USA, Paläozoologie, Museum für Naturkunde, Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitäts-forschung an der Humboldt-Universität zu Berlin
• Joseph Hennawi, USA/Deutschland, Astronomie, Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg
• Shigeyoshi Inoue, Japan/Deutschland, Anorganische Chemie, Technische Universität Berlin, Institut für Chemie
• Eike Kiltz, Deutschland/Niederlande, Theoretische Informatik, Universität Bochum, Fakultät für Mathematik, Lehrstuhl für Kryptologie und IT-Sicherheit
• Philipp Alexander Lang, Österreich/Kanada, Hepatologie, Universität Düsseldorf, Klinik für Gastroenterologie und Infektiologie
• Pierpaolo Mastrolia, Italien, Theoretische Physik, Max-Planck-Institut für Physik, München
• Andreas Möglich, Deutschland/USA, Biophysikalische Chemie, Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Biologie, Lehrstuhl für Experimentelle Biophysik
• Simone Pika, Deutschland/Großbritannien, Verhaltensphysiologie, Max-Planck-Institut für Ornithologie, Seewiesen
• Roberto Rinaldi, Brasilien/Deutschland, Organisch-chemische Technologie, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim an der Ruhr

• Dmitry Volodkin, Russland/Deutschland, Biotechnologie, Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik, Potsdam-Golm

Benannt ist das Programm nach der russischen Mathematikerin Sofja Kovalevskaja.
Sofja Kovalevskaja wurde am 15. Januar 1850 in Moskau geboren. Schon als Kind führte sie ihr Onkel in die Mathematik ein. Mit elf Jahren wurden ihre Zimmerwände als Tapetenersatz mit Seiten aus Ostrogradskis Ausführungen zur Differenzial- und Integralanalyse beklebt. Aus Gesprächen mit ihrem Onkel war ihr einiges davon bekannt; so wurde das Studium der »Tapeten« ihre Einführung in das Gebiet der Infinitesimalrechnung. Ein Jahr später unterrichtete sich Kovalevskaja selbst in Trigonometrie. Ihr Nachbar, ein Mathematiker, entdeckte ihre Fähigkeiten und forderte ihren Vater auf, ihre bisher erworbenen Kenntnisse durch weiteren Mathematikunterricht zu fördern. 1869 reiste die inzwischen verheiratete Kovalevskaja nach Heidelberg, um dort ein Studium der Mathematik und Naturwissenschaften zu beginnen. Als sie jedoch als Frau abgewiesen wurde, überredete sie die Universitätsverwaltung, ihr die Erlaubnis zur inoffiziellen Teilnahme an Vorlesungen zu gewähren. In Heidelberg studierte sie drei Semester und wechselte 1871 nach Berlin, um bei Karl Weierstraß ihr Studium fortzusetzen. Trotz der Fürsprache von Weierstraß durfte sie sich aber nicht immatrikulieren. Weierstraß wurde für die kommenden vier Jahre ihr privater Lehrer. 1874 promovierte Kovalevskaja an der Universität Göttingen.

1889 erhielt sie als eine der ersten Frauen in Europa einen Lehrstuhl an der Universität Stockholm. Während der Zeit in Stockholm wurde sie Mitherausgeberin der Zeitschrift »Acta Mathematica«, sie knüpfte Kontakte zu Mathematikern in Paris und Berlin und organisierte internationale Konferenzen. 1886 wurde ihr der »Prix Bordin« der Französischen Akademie der Wissenschaften verliehen. Ihre weitere Forschung brachte ihr 1889 den Preis der Schwedischen Akademie der Wissenschaften ein und noch im selben Jahr wurde sie Mitglied der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften. Sofja Kovalevskaja starb am 10. Februar 1891 in Stockholm an den Folgen einer Lungenentzündung.

Annette Maurer | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ibmt.fraunhofer.de

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