Forschung

Tumorbiologie

Tumormodelle als Alternative zu Tierversuchen
Tumormodelle als Alternative zu Tierversuchen

© Hochschule Furtwangen/Bernd Müller

Die Arbeitsgruppe unter der Leitung von Prof. Margareta Müller beschäftigt sich mit der Herstellung von 3D-in-vitro-Tumormodellen. Als Grundgerüst dienen synthetische Matrices (Hydrogele), in die neben den Tumorzellen auch Komponenten der Extrazellulärmatrix sowie „gesunde“ Zellen, wie Endothelzellen und Fibroblasten, eingebracht werden können. In einem Tumor kommen nämlich neben krankhaften Zellen immer auch gesunde Zellen vor, die z. B. diesen Tumor mit Blut versorgen oder Binde- und Stützgewebe ausbilden.

In einem solchen dreidimensionalen Zellkulturmodell kann einerseits die Interaktion zwischen verschiedenen Zelltypen und der extrazellulären Matrix untersucht werden, und es kann andererseits die Wirkung von Tumortherapeutika unter realitätsnahen Bedingungen getestet werden.

Das Ziel der Arbeit ist also die Entwicklung von 3D-in-vitro-Tumormodellen, die möglichst ähnlich zu in-vivo-Modellen, z. B. in der Maus, sind. Dadurch kann die Anzahl von Tierversuchen in der Tumorforschung deutlich reduziert werden.

Umwelttechnik: Von Mikroplastik und Pestiziden - Rheines Wasser?

Schwimmen für die Umwelt
Schwimmen für die Umwelt

Prozessintegrierte Abwasserbehandlung vor Ort bei der Entstehung von Wasserverschmutzung.

Sauberes Wasser ohne Antibiotika, Korrosionsschutzmittel, Süßstoffe, Pestizide, Mikroplastik und andere Spurenstoffe wird immer kostbarer, da die herkömmlichen industriellen Abwasserbehandlungssysteme und kommunalen Kläranlagen („End of the pipe“-Lösungen) die genannten Stoffe nicht gänzlich aus dem Abwasser entfernen können.

Innerhalb der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Andreas Fath werden alternative Abwasserbehandlungsverfahren entwickelt, welche „Start of the pipe“, also dort wo die Abwässer direkt anfallen, eingesetzt werden können. Um einerseits die Effektivität dieser Verfahren zu bewerten und um andererseits Gewässer auf deren Inhaltstoffe zu untersuchen bedarf es einer aufwändigen Analytik.

Das „Untersuchungsobjekt“ 2014 war der Rhein in dem Projekt „Rheines Wasser“. Dabei durchschwamm Prof. Andreas Fath den gesamten Rhein von der Quelle in den Schweizer Alpen bis zur Mündung in die Nordsee in Holland: 1231 km in der Rekordzeit von 28 Tagen! Hierbei wurden täglich Wasserproben entnommen, welche teilweise vor Ort und teilweise im Labor auf verschiedene Verunreinigungen untersucht wurden. Außerdem wurde die erste Mikroplastikuntersuchung des Flusses in seiner gesamten Länge mit einer an der HFU gebauten Filterpumpe zusammen mit dem Alfred-Wegener-Institut durchgeführt. Zum Einsatz in der Rheinuntersuchung kam auch ein sogenannter „Passivsampler“, der am Schwimmer befestigt wurde, und 128 Spurenstoffe adsorbierte, die anschließend extrahiert und analysiert wurden (HPLC/MS) und schließlich durch Vergleich mit einer Datenbank identifiziert werden konnten.

Auf seiner gesamten Länge wurden im Rhein verschiedene Schadstoffe sowie Mikroplastik nachgewiesen. Ein Hauptziel war es mit dieser spektakulären Aktion die Bevölkerung auf den Gewässerschutz aufmerksam zu machen. Wie aber sieht die Belastung der Gewässer (Flüsse) in anderen Staaten aus? Eine Antwort auf diese Frage werden die Ergebnisse des Folgeprojekts „TenneSwim“ im Sommer 2017 geben. Professor Andreas Fath hat den gesamten Tennessee River in den USA durchschwommen. Dabei wurden wieder Wasserproben gesammelt und analysiert. Die Ergebnisse können dann mit den Ergebnissen aus dem europäischen Projekt „Rheines Wasser“ verglichen werden.

Adaptive Prozessführung: Von der Simulation zum optimierten biotechnischen Prozess

Wichtige biotechnische Produkte sind Milchsäure, Proteine oder Antibiotika, die als Bestandteile von Kosmetika oder Wirkstoffe in Medikamenten eingesetzt werden. Mit modernen, leistungsfähigen biotechnischen Prozessen sollen auch bei veränderlichen Zusammensetzungen der Ausgangsstoffe und Substrate möglichst hohe Produktmengen bei guter Qualität produziert werden. Um dies zu gewährleisten eignen sich Prozessführungsstrategien, die sich flexibel an die jeweiligen Produktionsbedingungen anpassen (adaptieren) können.

In der Arbeitsgruppe um Professor Dr. Volker C. Hass wird seit mehreren Jahren an solchen adaptiven Prozessführungsstrategien geforscht, unter anderem im Projekt ProTool, das vom BMBF im Forschungscluster Biokatalyse2021 gefördert wurde. In den kommenden Jahren wird an der HFU gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft daran gearbeitet die Forschungsergebnisse in die industrielle Praxis zu übertragen.

Bioraffinerie Schwarzwald: Produkte aus Gras, Stroh oder Holz

In Bioraffinerien werden aus einem biogenen Rohstoff wie Gras, Stroh, Getreide oder Holz mehrere vermarktbare Produkte und auch Energie möglichst ökologisch hergestellt. Mit der Bioraffinerie Schwarzwald wird dieses Konzept an der Hochschule Furtwangen umgesetzt. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Herstellung von Bioethanol, Milchsäure, Biogas und Feinchemikalien. Letztere sollen auch in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie eingesetzt werden können.

Die Forschungsarbeiten werden an anaeroben Bio-Prozessen mit Hefen und Milchsäure-Bakterien durchgeführt. Dazu stehen moderne Bioreaktoren im Labor- und Technikumsmaßstab zur Verfügung. Leistungsfähige Modelle und Simulatoren erlauben es auch, die Prozesse auf diesem Wege weiter zu verbessern und zu optimieren. Die Ökoeffizienz wird dabei mit aktuellen Programmen und Datenbanken zur Erstellung von Lebenszyklusanalysen (Ökobilanzen) bewertet.