Hessisches Ministerium für Wirtschaft,Verkehr und Landesentwicklung

NanomedizinInnovationspotenziale in Hessen fürMedizintechnik und Pharmazeutische Industrie

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Hessen Biotech

Hessen Nanotech

NanomedizinInnovationspotenziale in Hessenfür Medizintechnik undPharmazeutische Industrie

Band 2 der Schriftenreiheder Aktionslinie Hessen-Nanotech

ImpressumNanomedizin – Innovationspotenziale in Hessenfür Medizintechnik und Pharmazeutische Industrie

Band 2 der Schriftenreihe der AktionslinieHessen-Nanotech des Hessischen Ministeriumsfür Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung

Erstellt von:Dr. Volker WagnerDr. Dr. Axel ZweckZukünftige Technologien Consulting (ZTC)VDI Technologiezentrum GmbHPeter-Müller-Straße 1, D-40468 Düsseldorf

Redaktion:Sebastian Hummel, Jens Krüger(Hessisches Ministerium für Wirtschaft,Verkehr und Landesentwicklung)Dr. Rainer Waldschmidt, Alexander Bracht,Markus Lämmer(Hessen Agentur, Hessen-Nanotech)Dr. Detlef Terzenbach(Hessen Agentur, Hessen-Biotech)Dr. Thorsten Ralle(ehemals TTN-Hessen, c/o IHK Offenbach)

Herausgeber:HA Hessen Agentur GmbHAbraham-Lincoln-Straße 38–42D-65189 WiesbadenTelefon 0611 774-8614Telefax 0611 774-8620www.hessen-agentur.de

Der Herausgeber übernimmt keine Gewähr fürdie Richtigkeit, die Genauigkeit und die Vollstän-digkeit der Angaben sowie für die Beachtungprivater Rechte Dritter. Die in der Veröffentlichunggeäußerten Ansichten und Meinungen müssennicht mit der Meinung des Herausgebers überein-stimmen.

© Hessisches Ministerium für Wirtschaft,Verkehr und LandesentwicklungKaiser-Friedrich-Ring 75D-65185 Wiesbadenwww.wirtschaft.hessen.de

Vervielfältigung und Nachdruck –auch auszugsweise – nur nach vorherigerschriftlicher Genehmigung.

Gestaltung: WerbeAtelier Theißen, LohfeldenDruck: Silber Druck, Niestetal

2., aktualisierte Auflage, Oktober 2008

Abbildungen oben siehe (1), (2), (3)

Abbildungen Umschlag:

Oben links: Zelle auf einer Matrix aus Polylactid-Nanofasern

(© AG Wendorff, Universität Marburg)

Unten von links nach rechts:

(1) Zelle auf einer nanostrukturierten Kunststoffoberfläche

(© M. Dalby, The Centre for Cell Engineering at Glasgow)

(2) Anreicherung eines blau markierten Arzneistoffs in Krebszellen

mit Hilfe eines zellspezifischen nanopartikulären Trägersystems

(© AG Langer, Universität Frankfurt)

(3) Nanoporöse Beschichtung eines Drug-Eluting-Stents

(© CINVENTION AG)

(1)

(2)

(3)

1

Inhalt

Vorwort: Nanomedizin – Nanotechno-logie im Dienste der Gesundheit 2

Zusammenfassung 4

1 Nanotechnologie– ein weltweiter Trend 6

1.1 Was ist Nanotechnologie? .......................... 6

1.2 Beispiele für Nanotechnologie-

Produkte ....................................................... 6

1.3 Marktpotenzial der Nanotechnologie ....... 7

1.4 Forschungsförderung für die

Nanotechnologie ......................................... 8

2 Innovationspotenziale derNanotechnologie in der Medizin 9

2.1 Wissenschaftlicher Impuls .......................... 9

2.2 Innovationsprozess in

der Nanomedizin ...................................... 10

2.3 Nanomedizin-Produkte auf dem Markt ... 11

3 Hauptanwendungsfelder derNanotechnologie in der Medizin 12

3.1 Wirkstofftransport ...................................... 12

3.2 Wirkstoffe und neue Therapieverfahren... 12

3.3 In-vivo-Diagnostik ..................................... 13

3.4 In-vitro-Diagnostik ..................................... 14

3.5 Implantate und Biomaterialien ................ 15

3.6 Nanotechnologien für die Medizin –

Übersicht .................................................... 17

4 Nanomedizin in Hessen 18

4.1 NanoskaligeWirkstofftransportsysteme ... 19

4.2 Nanomaterialien für die Medizin ............. 20

5 Hessische Unternehmen mitNanomedizin-Aktivitäten 22

5.1 Fresenius Medical Care –

Nanotechnologie für die Dialyse ............. 22

5.2 IonGate Biosciences –

Analytik von Transportproteinen ............. 23

5.3 SusTech Darmstadt – Mit Nanit®active

gegen schmerzempfindliche Zähne ........ 24

5.4 CINVENTION AG – Drug-Eluting-

Beschichtungen ......................................... 24

5.5 Orthopädische Implantate der

Biomet Deutschland GmbH ..................... 25

5.6 Knochenersatzmaterialien und

Dentalprothesen von Heraeus Kulzer ..... 26

5.7 Nanopartikel in Knochenzementen

bei Heraeus Medical ................................. 27

6 Forschungsprogramme, Netzwerkeund Finanzierungsmöglichkeiten 28

7 Verbände aus der Pharma- undMedizintechnikindustriezu Anwendungen der Nano-

technologie in der Medizin 33

8 Anhang 37

8.1 Glossar ....................................................... 37

8.2 Universitäre Nanomedizin-

Forschung in Hessen ................................. 38

8.3 Unternehmen mit Nanomedizin-

Aktivitäten in Hessen ................................ 39

8.4 Publikationen ............................................. 40

8.5 Internetlinks zur Nanotechnologie

und Nanomedizin ...................................... 40

2

Mit dem demographischen Wandel verändert sichauch die Häufigkeit bestimmter Krankheitsbilder.Oftmals mit Alterungsprozessen verbundeneErscheinungen wie Herzkreislauf-Erkrankungenoder degenerative Erkrankungen treten häufigerauf. Der medizinische Sektor gewinnt dahergesellschaftlich und wirtschaftlich zunehmend anBedeutung. Die Notwendigkeit neue Medikamenteund medizintechnische Produkte zu entwickeln, umdiese Krankheiten zu bekämpfen wächst stetig.

Eine der großen Zukunftstechnologien diesesJahrhunderts ist die Nanotechnologie. Sie erlaubtim Zusammenspiel mit der Biotechnologie diegezielte Herstellung und kontrollierte Handhabungvon Materialien auf der Größenskala der Grund-bausteine des Lebens, also der Nukleinsäuren undder Proteine in den Zellen des menschlichen Kör-pers. Aus dem Zusammenspiel der Nanotechnolo-gie mit dem wachsenden Wissen um die Funktiondieser Moleküle entsteht eine neue Disziplin, dieNanomedizin.

Eine Vorhut von Wissenschaftlern forscht bereitsseit mehr als drei Jahrzehnten auf diesem For-schungsgebiet. Aufgrund der großen technischenund wissenschaftlichen Herausforderungen, Mate-rialien auf der Nanoskala zu beeinflussen und ihreWechselwirkung mit biologischen Systemen zukontrollieren, ist die Nanomedizin lange Zeit auch

eine Domäne der Wissenschaft geblieben. Auchwurde ihre Bedeutung für die Medizin noch vorwenigen Jahren von vielen Wissenschaftlern undMedizinern angezweifelt. Seit der Jahrtausend-wende, seitdem jedes Jahr viele Milliarden anöffentlichen und privaten Forschungsgeldern fürdie Nanotechnologie ausgegeben werden, hat sichdas Blatt jedoch gewendet. Die Anzahl der Publika-tionen und Patentanmeldungen ist seitdem rasantgestiegen und es kommen zunehmend medizini-sche Produkte auf den Markt, deren Wirkung undFunktion erst durch Nanotechnologie möglichwird. Dazu zählen nanoskalige Wirkstofftransporter,Nanokomposite als Zahnersatzmaterialien oder mitNanopartikeln beschichtete Implantate.

Derzeit beträgt der Anteil der durch Nanotech-nologie beeinflussten Produkte erst einige Prozentam Medizintechnik- und Pharmamarkt. Doch diejährlichen Zuwachsraten liegen im zweistelligenProzentbereich und es zeichnet sich ab, dass biszum Jahr 2020 bereits mehr als zehn Prozent allerpharmazeutischen und medizintechnischen Pro-dukte nanotechnologische Komponenten enthal-ten werden.

Jetzt geht es für die pharmazeutische Industrieund die Medizintechnik darum, das Potenzial derNanotechnologie für ihre Produkte auszulotenund in Produktinnovationen umzusetzen.

Dr. Alois Rhiel

Hessischer Minister

für Wirtschaft,

Verkehr und Landes-

entwicklung

Vorwort: Nanomedizin –Nanotechnologie im Dienste der Gesundheit

3

Mit Techniken zur Früherkennung von Krankheitenund in manchen Fällen sogar von entsprechendenVeranlagungen hat die Nanomedizin das Potenzial,die Tür zur präventiven Medizin zu öffnen. Dieswürde es zukünftig ermöglichen, den Ausbruchvon Krankheiten zu verzögern oder sogar ganz zuverhindern.

Nicht zuletzt durch die Komplexität der Nanomedi-zin, die sich durch Konvergenz von physikalischen,chemischen, biologischen und medizinischenWissen auszeichnet, sind ihre Potenziale leidernoch nicht überall ausreichend bekannt. DieseBroschüre hat sich daher zum Ziel gesetzt, Mög-lichkeiten der Nanomedizin aufzuzeigen undanhand von Beispielen aus der heimischen Pharma-und Medizintechnikbranche ihr Potenzial fürProduktinnovationen darzustellen.

In diesem Sinne soll die Broschüre „NanoMedizin“im Dienste der Gesundheit einen Anstoß zu effek-tivem Technologietransfer und für erfolgreicheInnovationsprozesse in Hessen geben.

Dr. Alois Rhiel

Hessischer Minister für Wirtschaft,

Verkehr und Landesentwicklung

© sanofi-aventis

© B. Braun Melsungen AG

© Fresenius Medical Care AG

Zusammenfassung

4

Weltweit findet Nanotechnologie zunehmendBeachtung und gilt als eine der großen Zukunfts-technologien dieses Jahrhunderts. Sie zeichnet sichdadurch aus, dass allein aufgrund nanoskaligerGrößenabmessungen neue Eigenschaften von Mate-rialien entstehen. Dabei stellt die Nanotechnologieweniger eine Basistechnologie im klassischen Sinnemit eindeutig abgrenzbarer Definition dar, sondernbeschreibt vielmehr eine neue interdisziplinäreHerangehensweise zur Lösung von Problemen in derMedizin, Elektronik, Optik oder den Materialwissen-schaften. Mit nanoskaligen Rußpartikeln, die in Auto-reifen eingesetzt werden, oder Produkten der Nano-elektronik, wie Computerchips und Festplatten, wer-den heute bereits Milliarden-Umsätze generiert.Nanotechnologie wird heute meistens in Form vonNanopartikeln, nanostrukturierten Oberflächen odermolekularen Nanostrukturen eingesetzt, um Produk-teigenschaften zu verbessern und Produkte so kon-kurrenzfähiger zu machen. Da es also kaum „reine“Nanotechnologie-Produkte gibt, lässt sich der durchNanotechnologie ausgelöste volkswirtschaftlicheEffekt am besten bestimmen, indem der Wert jenerProdukte betrachtet wird, die Nanotechnologie-Komponenten enthalten. Damit wird dem Hebel-effekt der Nanotechnologie Rechnung getragen, mitwenig primärem Materialeinsatz große Wert-zuwächse im Endprodukt zu erreichen. Nachaktuellen Schätzungen beträgt das Marktvolumender durch Nanotechnologie beeinflussten Produktederzeit etwa 100 Milliarden US $ weltweit und sollbis 2015 auf 1.000 bis 2.000 Milliarden US $ anstei-gen. Der Wettlauf um die Eroberung des Nanokos-mos ist bereits in vollem Gange und wird derzeitweltweit mit etwa 7 Milliarden US $ staatlicherGelder gefördert.

Die Anwendung der Nanotechnologie in der Medi-zin ist eng verknüpft mit den revolutionären Fort-schritten in der Genomik und Proteomik. Diese Wis-senschaftsfelder geben den Wissenschaftlern undMedizinern immer mehr Einblick in die molekularenUrsachen von Krankheiten und schaffen so neueAnsätze für die Heilung von Krankheiten auf Ebeneder Proteine und Gene. Nanomedizin entsteht alsodort, wo das molekulare Verständnis der Zellfunk-tionen und die Fähigkeit Materialien auf der Nano-skala kontrolliert herzustellen, gezielt miteinanderkombiniert und für die Entwicklung neuer Therapienoder medizintechnischer Produkte genutzt werden.

Für die Nanotechnologie ergeben sich viele Anwen-dungsfelder in der Medizin. Nanopartikel werdeneingesetzt, um Wirkstoffe gezielt im kranken Ge-webe anzureichern und so Nebenwirkungen zuverringern, oder um biologische Barrieren wie dieBlut-Hirnschranke oder die Luft-Blutschranke zuüberwinden. Darüber hinaus können Wirkstoffe alsNanopartikel formuliert werden, um ihre Löslichkeitund damit ihre Bioverfügbarkeit zu steuern. AufBasis von Nanopartikeln werden aber auch völligneue Therapieformen entwickelt. Ein Beispiel hier-für ist die Magnetflüssigkeits-Thermotherapie, in derNanopartikel in Tumorgewebe eingebracht und miteinem externen Magnetfeld erhitzt werden, um sodie Tumorzellen zu zerstören. Auch in der Medizin-technik gibt es eine Vielzahl von Anwendungsmög-lichkeiten. Dazu zählen Nanomembranen für dieDialyse, Nanokomposite als Zahnersatzmaterialienoder nanokristalline Beschichtungen für Implantate.Darüber hinaus wird Nanotechnologie mittlerweileauch zur Herstellung resorbierbarer Implantatmate-rialien eingesetzt. In der In-vitro-Diagnostik kommtNanotechnologie in den verschiedensten Formenzum Einsatz: z. B. als Nanopartikel-Marker mit imVergleich zu organischen Farbstoffen verbessertenoptischen Eigenschaften oder als neue Nanotech-nologie-basierte Messkonzepte.

5

Viele dieser Methoden sind der molekularen Diag-nostik zuzuordnen, d. h. dem Nachweis von krank-heitsspezifischen Genen oder Proteinen. Da dieseMarker häufig schon auftreten, lange bevor sich dieSymptome der Krankheiten zeigen, setzen vieleExperten große Hoffnung in die Molekulare Diag-nostik. Ihr wird das Potenzial zugesprochen, einenParadigmenwechsel von der symptomatischen Be-handlung zur Früherkennung und Prävention vonKrankheiten herbeiführen zu können. Darüber hin-aus wird die Molekulare Diagnostik eingesetzt, umdie Medikation spezifisch auf den Stoffwechsel unddie genetische Disposition eines Patienten abzustim-men. Wie erste Anwendungen zeigen, kann der the-rapeutische Erfolg mit diesem Ansatz deutlichgesteigert werden. Die Molekulare Diagnostik spieltauch bei den bildgebenden Verfahren mittlerweileeine wichtige Rolle und auch hier wird Nanotech-nologie eingesetzt, z. B. um Kontrastmittel spezifischzum kranken Gewebe zu transportieren.

Eine aktuelle Analyse des Industriesektors weltweitzeigt, dass 54% der Unternehmen mit Nanomedizin-Aktivitäten an der Entwicklung von Wirkstofftrans-portsystemen arbeiten. Hier werden schon heute mitProdukten der Nanotechnologie – wenn man diePolymertherapeutika hinzuzählt – Umsätze von etwafünf Milliarden US $ generiert. 19% der Unterneh-men, die in Nanomedizin investieren, stellen ortho-pädische Produkte her und weitere 24% sind demBranchensektor Diagnostik zuzuordnen. In praktischallen Branchensektoren der Medizintechnik sindbereits Nanotechnologie-basierte Produkte auf denMarkt eingeführt worden. Beispiele sind nanokristal-line Knochenersatzmaterialien, Wundverbände mitantimikrobiellen Silber-Nanopartikeln oder Schwan-gerschafts-Schnelltests mit kolloidalem Gold. DerMarkt an medizinischen Produkten, die Nanotechno-logie-Komponenten enthalten, wird für das Jahr2004 auf etwa sechs Milliarden US $ geschätzt.Derzeit befinden sich schon mehr als 150 pharma-zeutische und medizintechnische Produkte, die aufNanotechnologie basieren, in der fortgeschrittenenEntwicklungsphase. Aufgrund der zunehmend dyna-mischen Entwicklung der Nanomedizin und derstarken Produktpipeline wird der Gesamtmarkt fürNanomedizin-Produkte für das Jahr 2012 auf etwa20 Milliarden US $ geschätzt.

Hessen ist in der Nanomedizin gut positioniert: Etwa40 Unternehmen und universitäre Arbeitsgruppenbefassen sich mit konkreten Anwendungen derNanotechnologie in der Medizin. Dabei zeichnetsich eine besondere Stärke im Bereich Wirkstoff-transport mit den Universitätsstandorten Frankfurt,Marburg und Gießen sowie den UnternehmenMerck, Sanofi-Aventis und Merz Pharmaceuticals ab.Auch der Bereich Implantattechnik und Biomateria-lien ist insbesondere mit dem ForschungsstandortMarburg und Unternehmen wie Heraeus, Kulzer, Fre-senius Medical Care, B. Braun sowie den Start-upsSusTech und Blue Membranes stark vertreten. Indiesen beiden Feldern der Nanomedizin ergibt sichfür Hessen ein besonders großes Synergiepotenzial.

© sanofi-aventis

1 Nanotechnologie – ein weltweiter Trend

6

1.1 Was ist Nanotechnologie?

Norio Taniguchi, ein Ingenieur an der UniversitätTokio, war 1974 der Erste, der den Begriff „Nano-technologie“ in einem Fachaufsatz verwendete. Indieser Publikation wurde die Bearbeitung vonWerk-stoffen auf der atomaren Skala beschrieben. Jedochsollte es noch fast zwei Jahrzehnte dauern, ehe derBegriff wiederentdeckt wurde. Nach einer heutehäufig verwendeten Definition beschreibt Nanotech-nologie die Herstellung von Materialien und Syste-men mit einer Dimension oder Fertigungstoleranzunter 100 Nanometern. Entscheidend dabei ist, dassallein aus der Nanoskaligkeit der Systemkomponen-ten neue Eigenschaften resultieren1. Die Größen-einschränkung von 100 Nanometern wird jedochhäufig nicht als starre Grenze sondern vielmehr alsgrobe Richtlinie gesehen, um der ganzen Breite derAnwendungsoptionen gerecht zu werden. So wirdbeispielsweise auch beim Übergang von der Mikro-elektronik auf nanoskalige Strukturgrößen vonNanotechnologie gesprochen, auch wenn sie nochAbmessungen von einigen 100 Nanometern aufwei-sen. Und auch in der Medizin wird generell vonnanoskaligen Materialien gesprochen, wenn dieStrukturgrößen kleiner als ein Mikrometer sind, dabereits auf der Größenskala von einigen hundertNanometern die Verteilung von Wirkstoffen im Kör-per oder die Wechselwirkungen zwischen Implantatund Gewebe kontrolliert werden kann. Da mit Hilfevon Nanotechnologie die Eigenschaften von Mate-rialien gezielt verändert werden können, ist sieprinzipiell in allen Bereichen von Bedeutung, wohochwertige oder funktionale Materialien Verwen-dung finden: von der Elektronik über den Automo-bilbau bis hin zur Medizin. Unter dem Gesichtspunktdes Marktvolumens hat die Nanotechnologie derzeitdie stärkste Bedeutung in der Elektronik und derChemie. Hier werden mit Nanotechnologie bereitsheute Umsätze in Milliardenhöhe generiert.

1.2 Beispiele für Nanotechnologie-Produkte

Carbon Black ist mit einer Jahresproduktion vonetwa acht Millionen Tonnen derzeit wohl das Nano-material mit der größten Verbreitung. Optisch lassensich Carbon Black und Ruß nicht voneinander unter-scheiden. Während Ruß jedoch ein nicht definiertesGemisch an Kohlenstoffpartikeln ist, handelt es sichbei Carbon Black um maßgeschneiderte Kohlen-stoff-Nanopartikel mit klar definierten Eigenschaften,die exakt auf die jeweiligen Anwendungsbereicheeingestellt werden können. Verwendet wird CarbonBlack für die Herstellung von Reifen, Druckfarbenund antistatischen Kunststoffen. Dabei werden etwa85% der Produktion in der Reifenindustrie einge-setzt. Degussa in Hanau, einer der führenden Her-steller von Carbon Black, arbeitet derzeit intensivdaran, durch Oberflächenmodifizierungen der Koh-lenstoff-Nanopartikel neue Anwendungsfelder zuerschließen.

Auch bei der Entwicklung neuer Materialien für elek-tronische Anwendungen ist Nanotechnologie vongroßer Bedeutung. So haben Forschungsarbeiten imBereich der Nanomagnetoelektronik am For-schungszentrum Jülich und an der Universität Pariszur Entdeckung des GMR-Effektes (Giant MagnetoResistance) geführt. Durch die Anordnung vonNanometer dicken magnetischen Schichten konnteeine extrem große Änderung des elektrischenWiderstandes der Materialien durch Anlegen einesMagnetfeldes erreicht werden. Nur zehn Jahre nachihrer Entdeckung in Europa konnten sich GMR-Mate-rialien für den Einsatz in Leseköpfen von Computer-Festplatten durchsetzen und sind damit zu einemwichtigen Bestandteil eines jeden PCs und Laptopsgeworden.

Auch bei der Herstellung von Computerchipskommt Nanotechnologie zum Einsatz, da die late-ralen Strukturen der elektronischen Schaltkreise mit-tlerweile weniger als 100 Nanometer betragen. DieBedeutung der Nanotechnologie wird zukünftig inder Elektronik noch steigen, da bereits in wenigenJahren 45 nm Strukturen eingesetzt werden sollen,die mehr als eine Milliarde Transistoren pro Chipermöglichen.

1 Rahmenkonzept zur

Nanotechnologie des

Bundesministeriums für

Bildung und Forschung:

Bachmann, G. und

Rieke, V., Nanotechnolo-

gie erobert Märkte –

Deutsche Zukunftsoffen-

sive für Nanotechnologie,

Hrsg. Bundesministerium

für Bildung und For-

schung, Berlin, 2004.

Nanocubes

Sie enthalten nanome-

tergroße Hohlräume, in

denen hocheffizient

Wasserstoff, z. B. zum

Betrieb von Miniatur-

Brennstoffzellen,

gespeichert werden

kann.

©BASF AG

Mit Hilfe öffentlicher Förderung ist Deutschland zueinem Forschungsstandort mit vielversprechendenErgebnissen bei der Nanoelektronik geworden undverfügt über das erste Maskenzentrum Europas, indem die Vorlaufforschung für die Chipproduktionder nächsten Generation gebündelt wird.

Nanotechnologie ist bislang hauptsächlich dazueingesetzt worden, bestehenden Produkten verbes-serte Eigenschaften zu verleihen und sie somitkonkurrenzfähiger zu machen. Ihr wird jedoch auchgroßes Potenzial zugesprochen, völlig neuen Tech-nologiekonzepten zum Durchbruch zu verhelfen,was ihr den Ruf einer Enabling- und Zukunftstech-nologie eingebracht hat. Experten erwarten, dassNanomaterialien zum Beispiel entscheidend dazubeitragen werden, die noch bestehenden Problemeder Wasserstofftechnologie zu überwinden. So gibtes bislang noch keine geeigneten Speichermateri-alien für Wasserstoff. Hier wird von der chemischenIndustrie derzeit auf Nanomaterialien gesetzt. Einanderer Bereich in dem Nanotechnologie ihr tech-nologisches Potenzial unter Beweis stellt, sind orga-nische Leuchtdioden (OLEDs). Sie werden nano-technologisch hergestellt und sollen zukünftig ver-stärkt in Displays und Flachbildschirmen zum Einsatzkommen. Die Merck OLEDMaterials GmbH in Frank-furt gehört mit zu den führenden Unternehmen beider Entwicklung und Herstellung von OLED-Materi-alien mit hoher Reinheit. Werden herkömmlicheFernseher mit Röhrentechnik durch Geräte mitOLED-Bildschirmen ersetzt, so ergibt sich einEnergieeinsparpotenzial von bis zu 90%. Hier zeigtsich eine weitere Facette der Nanotechnologie:Nanotechnologie kann wirtschaftliches Wachstummit einem deutlich geringeren Einsatz an Materialund Energie verbinden. Nanotechnologie ist daherauch im Sinne der Nachhaltigkeit eine echteZukunftstechnologie2.

1.3 Marktpotenzial der Nanotechnologie

Da Nanotechnologie über physikalische, chemischeund biologische Effekte definiert ist, die auf derNanoskala auftreten, sind fast alle technischen Berei-che und Industriebranchen davon betroffen. Oftmalswerden durch den Zusatz von Nanomaterialien Pro-dukte entscheidend verbessert und Unternehmengelingt es so, die Konkurrenzfähigkeit ihrer Produktezu erhöhen. So werden z.B. mit Silber-Nanopartikelnim Wert von einigen Hunderttausend US $ anti-mikrobielle Wundverbände im Wert von mehr als25 Millionen US $ hergestellt. Hierin zeigt sich dieökonomische Hebelwirkung der Nanotechnologie,aber auch ihre ressourcenschonende Wirkung. Manwird ihr daher kaum gerecht, wenn man versucht,ihre Bedeutung an dem Wert der primären Nano-technologie-Produkte zu messen. Eine geeignetereKenngröße für den durch Nanotechnologie aus-gelösten ökonomischen Effekt ist vielmehr derGesamtwert aller Endprodukte, die durch Nanotech-nologie beeinflusst sind.

Seit den achtziger Jahren werden nanotechnolo-gische Produkte zunehmend auf dem Markt ein-geführt. Bekannte Beispiele sind Leseköpfe fürFestplatten in PCs, Carbon Black in Autoreifen, Lipo-somen in Anti-aging-Cremes und Titandioxid alsUV-Filter in Sonnenschutzcremes. Addiert man dieUmsätze in den einzelnen Marktsegmenten, sobetrug nach einer Studie von Lux Research dasMarktvolumen von Nanotechnologie-Produkten2006 mehr als 50 Milliarden US $3. Eine Reihe vonMarktforschungsunternehmen, Forschungsinstitu-tionen und Banken haben mittlerweile Studien erar-beitet, um das Marktpotenzial der Nanotechnologieabzuschätzen. Trotz der großen Schwierigkeiten beidem Versuch, das ökonomische Potenzial einerQuerschnittstechnologie zu bewerten, zeigen dieverschiedenen Marktstudien eine erstaunlich guteÜbereinstimmung in der Langzeitprognose. Für2015 wird von den verschiedenen Studien im Mittelein weltweites Marktvolumen für Nanotechnologie-Produkte von 1.500 Milliarden US $ vorhergesagt.

7

2 Eine Darstellung der

Anwendungspotenziale

der Nanotechnologie in

der Umwelttechnik findet

sich im Band 1 der Schrif-

tenreihe Hessen-Nanotech:

„Einsatz von Nanotechno-

logie in der hessischen

Umwelttechnologie – Inno-

vationspotenziale für

Unternehmen“, die vom

Hessischen Ministerium

für Wirtschaft, Verkehr

und Landesentwicklung

herausgegeben wird.

3 Lux Research,

The Nanotech Report, 5.

Ausgabe, 2007.

Beispiele für den Einsatz

von Nanotechnologie

Links: Autoreifen mit

Carbon Black als Füllstoff.

Mitte: OLEDs für die Her-

stellung flexibler Displays.

Rechts: Festplatten-Lese-

köpfe, in denen GMR-

Materialien zum Einsatz

kommen.

© Continental © Fraunhofer IAP, A. Okulla Adpic Bildagentur

8

1.4 Forschungsförderung fürdie Nanotechnologie

Durch die Förderung der Nanotechnologie-For-schung mit öffentlichen Mitteln versuchen derzeitdie großen Industrieländer, aber auch die aufstei-genden Wirtschaftsnationen aus Asien, sich Anteilean zukünftigen Märkten zu sichern. Die USA undJapan sind heute die Länder mit den größten Nano-technologie-Forschungsprogrammen mit Förder-volumen von jeweils etwa einer Milliarde US $.Welt-weit ist die Fördersumme von 420 Millionen US $1997 auf etwa 7 Milliarden US $ im Jahr 2007 gestie-gen. Dies erklärt den enormen Aufschwung, denNanotechnologieforschung in den letzen Jahrengenommen hat. Besonders die Forschungsförde-rung in den USA sieht Nanotechnologie klar alsInnovationsmotor, um Produkte amerikanischerUnternehmen konkurrenzfähig zu halten, wirtschaft-liches Wachstum zu fördern und Arbeitsplätze zu

schaffen. Diese Politik hat Erfolg gezeigt: Mittlerweilesind die privaten Investitionen in den USA in Nano-technologie F&E-Projekte höher als die Fördermittelder öffentlichen Hand. Dies ist ein deutlichesZeichen für den zunehmenden Reifegrad der Tech-nologie und zeigt auch, dass die Unternehmen derNanotechnologie ein hohes wirtschaftliches Poten-zial beimessen. Die Investitionen der deutschenIndustrie in Nanotechnologie sind bislang nochdeutlich zurückhaltender. Dies wurde bei der deut-schen Nanotechnologie-Förderpolitik des Bundes-forschungsministeriums berücksichtigt: Zukünftigsollen solche Technologiebereiche verstärkt geför-dert werden, die eine besondere volkswirtschaftlicheHebelwirkung entfalten und damit ermöglichen,zukunftssichere Arbeitsplätze zu schaffen. Zu denFokusbereichen gehört auch die Nanomedizin, diemit der Leitinnovation NanoforLife seit 2005 geför-dert wird.

10

100

1000

10000

2000 2005 2010 2015

HCK Consultancy

WinterGreen Research

Evolution Capital

In Realis

Deutsche Bank

NNI

Mill

iard

enU

S$

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1

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8

9

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Do

llar

/E

inw

ohn

er

Deutschland

Japan

USA

In Nanotechnologie inve-

stierte Forschungsförde-

rung pro Einwohner in

den drei führenden Nano-

technologie-For-

schungsnationen: USA,

Japan und Deutschland.

Quelle: VDI Technologie-

zentrum GmbH

Einschätzung des

Marktpotenzials der

Nanotechnologie von ver-

schiedenen Banken,

Marktforschungsunter-

nehmen und Forschungs-

institutionen.

Quelle: NMTC, VDI Tech-

nologiezentrum GmbH

9

2.1 Wissenschaftlicher Impuls

Die Nanomedizin ist als Querschnittstechnologienoch zu jung, als dass sich bereits eine einheitlicheDefinition durchgesetzt hätte. Aber es gibt eine ein-fache und weitverbreitete Definition, wonach Nano-medizin den Einsatz der Nanotechnologie für dieDiagnose, das Monitoring und die Behandlung vonKrankheiten beschreibt. Die Entstehung der Nano-medizin ist eng mit den revolutionären Fortschrittenin der Genomik und Proteomik verknüpft, die denWissenschaftlern und Medizinern verstärkt Einblickin die molekularen Ursachen von Krankheiten ge-ben. Mit dem Wissen um die Funktionen der Geneund Proteine innerhalb der Zellen wird es nun zuneh-mend möglich, Krankheiten auf der molekularenEbene aufzuklären. Damit ergeben sich neue An-sätze für die Diagnose und Therapie. Sie beruhenzum einen auf der Detektion von Proteinen oderNukleinsäuren und zum anderen auf der Behand-lung von Krankheiten durch die gezielte Einfluss-nahme auf molekulare Prozesse. Dazu gehören dieGentherapie oder die Behandlung mit Proteinthera-peutika genauso wie die Verwendung von Antikör-pern, umMedikamente gezielt zum kranken Gewebezu lotsen. Nanotechnologie spielt hierbei eine bedeu-

tende Rolle, da ihre Werkzeuge erlauben, Proteineund DNA nachzuweisen und die Wechselwirkungzwischen den Molekülen sichtbar zu machen. Raster-kraftmikroskope oder die optische Einzelmolekül-spektroskopie sind Beispiele für nanotechnolo-gische Instrumente, die hier eingesetzt werden.

Darüber hinaus ist Nanotechnologie für medizinischeAnwendungen bedeutend, da sie die Werkzeugeund das Know-how liefert, um Materialien auf derNanoskala maßzuschneidern, also auf der Größen-skala, auf der auch die fundamentalen molekularenProzesse im Körper ablaufen. So können Partikel her-gestellt werden, die die unterschiedlich großen Zell-zwischenräume von gesundem und krankemGewebe ausnutzen, um Wirkstoffe in Tumoren an-zureichern. Oder es können Transportsysteme ent-wickelt werden, die gezielt an Proteinstrukturen imkranken Gewebe anhaften, um so Kontrastmittel undMedikamente aktiv im kranken Gewebe anzurei-chern. Auch bei der Entwicklung nanoskaliger Bio-materialien für medizinische Implantate geht esdarum, über nanoskalige Strukturen definiert mit Bio-molekülen und der Zelloberfläche zu wechselwirkenund so z. B. das Einwachsverhalten von Implantatenzu verbessern.

2 Innovationspotenzialeder Nanotechnologie in der Medizin

Dendrimere1–10 nm

Viren20–300 nm

Blutkörper~ 8 µm

Haar~ 50 µm

DNA~ 2,5 nm breit

1 1

Liposomen~150 nm

Aspirin0,4 nm

Virusdetektion mit AFM

20–300 nm

Proteine1–30 nm

1 1

Nanometer Mikrometer

10 10100

Größenskalen: Biologi-

sche Systeme mit nano-

skaligen Dimensionen

(oben). Nanotechnolo-

gische Systeme, wie sie

in der Nanomedizin für

den Transport von

Wirkstoffen oder den

Nachweis von Viren

eingesetzt werden

(unten). Als „Maßstab“

für die Größenskala:

Ein menschliches Haar

mit einem Durchmesser

von 50 µm und ein

Aspirin Molekül mit

einem Durchmesser

von weniger als

0,5 Nanometer (Bild-

nachweis s. Anhang).

10

Nanomedizin entsteht also dort, wo die Erkenntnisseaus der Genomik und Proteomik auf die neu er-schlossenen Möglichkeiten stoßen, Materialeigen-schaften auf der Nanoskala einstellen zu können.Dabei adressiert Nanotechnologie viele wichtigeProblemstellungen in der Medizin, die bis heutenicht befriedigend gelöst werden konnten. Dazuzählen der gezielte Transport von Wirkstoffen zumkranken Gewebe, die Frühdiagnose von Krankheitenund die unzureichende Lebensdauer von Implan-taten, die zu hohen Revisionsraten führen. Generelllassen sich fünf Hauptanwendungsfelder der Nano-technologie in der Medizin ausmachen: Der Wirk-stofftransport, Neue Therapien und Wirkstoffe, In-vivo-Diagnostik, In-vitro-Diagnostik und medizini-sche Implantate4.

Welche Bedeutung die Nanomedizin mittlerweile inderWissenschaft erreicht hat, zeigt sich an der rasan-ten Zunahme der Publikationen zur Nanomedizin.Innerhalb des letzten Jahrzehnts hat sich die Anzahlder Publikationen auf diesem Gebiet vervierfacht.Allein im Jahr 2007 sind mehr als 3000 wissen-schaftliche Arbeiten veröffentlicht worden. Auch diePatentanmeldungen steigen stark an, was auf zu-nehmende Kommerzialisierungsaktivitäten schlie-ßen lässt. Mit einem Anteil von 8% an den Publika-tionen und 10% an den Patentanmeldungen welt-weit ist Deutschland gut aufgestellt und gehört mitden USA (Publikationen 32%, Patente 53%) undJapan (Publikationen 9%, Patente 6%) zu den dreiführenden Akteuren in der Nanomedizin.

2.2 Innovationsprozess in der Nanomedizin

Eine genauere Analyse der weltweiten kommer-ziellen Nanomedizin-Aktivitäten zeigt, dass mehr als50% der Unternehmen, die in diesem Bereich tätigsind, Nanotechnologie nutzen, um Wirkstofftrans-portsysteme zu entwickeln. Die Anzahl der Unter-nehmen, die Nanotechnologie-basierte Implantate(19%) und Produkte für die In-vitro-Diagnostik (17%)entwickeln, ist bereits deutlich niedriger. Im Bereichneuer Nanotechnologie-basierter Therapieverfah-ren, in denen ganz neue Therapiekonzepte zumEinsatz kommen, sind hingegen nur 3% der Unter-nehmen tätig.

Treibende Kraft hinter vielen Innovationen der Nano-medizin sind Start-up-Unternehmen, die wissen-schaftliche Erkenntnisse aus den Universitäten inProduktideen umsetzen. Dabei werden verschie-dene Business-Modelle verfolgt, von denen jedocheines besonders häufig auftritt: Demnach entwickeltdas Start-up ein neues Produkt bis zu einem Sta-dium, in dem sich sein medizinisches Potenzial klarnachweisen lässt. Dies heißt für Wirkstofftransport-systeme im Allgemeinen bis zu den Tierstudien oderklinische Phase-I-Studien. Sind diese Hürden erfolg-reich genommen, wird ein Pharmaunternehmen alsPartner gesucht, das die weitere Entwicklung bis zurZulassung des Produktes übernimmt.

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3000

3500

1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Nanomedizin-

Publikationen

und Patentan-

meldungen

weltweit.

Quelle: VDI

Technologie-

zentrum GmbH,

European

Patent Office

Eine Aufgliederung der

Unternehmen (weltweit)

mit Nanomedizin-Aktivi-

täten nach Anwendungs-

feldern.

Quelle: VDI Technologie-

zentrum GmbH

4 Wagner, V., Wechsler, D.,

Nanobiotechnologie II:

Anwendungen in der

Medizin und Pharmazie,

VDI Technologiezentrum

GmbH, Düsseldorf, 2004.

Implantate19 %

In-vivo-Diagnostik 7 %

In-vitro-Diagnostik 17 %

Wirkstoffe &Therapien3 %

Wirkstoff-transport54 %

ZulassungKlinischePhase III

ProduktionVermarktung

Entwicklungsdauer eines Medikamentes 10 bis 16 Jahre

Nanomedizin Start-ups Pharmazeutische Industrie

KlinischePhase II

KlinischePhase I

PräklinischePhase

Suche/Optimierungeines Wirkstoffs

11

Ähnliche Business-Modelle sind auch bei Start-ups,die im Bereich Diagnostik tätig sind, zu erkennen,denn auch hier geht es darum, etablierte Unterneh-men zu finden, die die Technologie einlizensierenoder zusammen mit dem Start-up durch den Zulas-sungs- und Kommerzialisierungsprozess bringen.Außerdem verfügen vielfach nur etablierte Unter-nehmen über die notwendigen Vertriebsnetzwerke,um neue Produkte erfolgreich am Markt platzierenzu können. Bislang ist das Interesse der großenpharmazeutischen und medizintechnischen Unter-nehmen an Nanotechnologie jedoch noch eherzurückhaltend gewesen, abgesehen von wenigenAusnahmen, wie den Polymer-Protein-Therapeutikaoder dem Einsatz von kolloidalem Gold für diagnos-tische Schnelltests. Hier ist eine gewisse Analogie zubiotechnologisch hergestellten Medikamentenerkennbar, wo das Interesse von Seiten der Pharma-industrie ebenfalls anfänglich sehr gering war. Diesänderte sich erst, nachdem Produkte auf dem Markteingeführt wurden, die die Marktfähigkeit dieserTechnologie unter Beweis stellten. Mittlerweile istBiotechnologie an der Erforschung, Entwicklungoder Produktion aller innovativer Medikamente, dieneu auf den Markt kommen, beteiligt. VerschiedeneIndikatoren, wie Patentanmeldungen und ersteerfolgreiche Produkteinführungen, weisen daraufhin, dass das Interesse der Pharma- und Medizin-technikindustrie an der Nanotechnologie in denletzten Jahren deutlich gestiegen ist und es lässt sichabsehen, dass Nanotechnologie zukünftig als Inno-vationstreiber in der Medizin stark an Bedeutunggewinnen wird (siehe auch Stellungnahmen derVerbände, Kapitel 7).

2.3 Nanomedizin-Produkte auf dem Markt

Belastbare Marktstudien im Bereich der Nanomedi-zin sind derzeit nur für den amerikanischen Marktbekannt. Nach einem Report von Ernst & Young5

betrugen im Jahr 2006 die Umsätze mit Nanomedi-zin-Produkten in den USA 8,5 Mrd. US $. Etwa 75%des Umsatzes wurden mit Medikamenten erzielt, dieüber Nanotechnologie-basierte Transportsystemeverfügen. Zu den Produkten zählen Polymer-ProteinKonjugate, Liposomen sowie Wirkstoff-Nanosus-pensionen. Der Anteil der Medikamente mit Nano-Transportsystemen amMedikamentenmarkt beträgtderzeit 2% und soll laut Prognosen bis 2016 auf 6%ansteigen. Das Segment nanotechnologische Implan-tate und Medizinprodukte stellte im Jahr 2006 miteinem Umsatz von 430 Mio. US $ lediglich einenAnteil von 0,43% am Gesamtumsatz der Medizin-produkte dar. Am Markt befinden sich bereits ver-schiedene nanostrukturierte oder mit Nanopartikelnversehene Implantate mit Umsätzen in Höhe von fast300 Mio. US $. Bis 2016 soll dieses Nanomedizin-Segment auf 16 Mrd. US $ ansteigen und damiteinen Anteil von 9% am Gesamtmarkt der Medizin-technik erreichen. Für nanotechnologische medi-zinische Analytik und Diagnostik wurde in den USAein Markt von 1,9 Mrd. US $ ermittelt. Dies entsprichteinem Anteil von rund 5% am gesamten Analytik-und Diagnostikmarkt. Bis 2016 soll dieser Anteil auf10% steigen und ein Volumen von 6 Mrd. US $aufweisen.

Marktabschätzung des Umsatzes mit Nanomedizin-Produkten

in den USA in den Bereichen Wirkstofftransport, Implantate

und medizinische Materialien sowie Diagnostika. Die Zahlen in

den Säulen geben den relativen Umsatzanteil der Nanomedizin-

Produkte in den einzelnen medizinischen Marktsegmenten an.

Quelle: Freedonia, Ernst & Young 20075

links: Phasen der Pharma-

entwicklung:

In der Nanomedizin wer-

den neue Pharmaka viel-

fach von Start-ups bis zur

präklinischen oder klini-

schen Phase I entwickelt.

Spätestens dann sind sie

auf eine Kooperation mit

einem großen Pharmaun-

ternehmen angewiesen,

das die weiteren Entwick-

lungsphasen und die Ver-

marktung des Medika-

mentes übernimmt.

5 Ernst &Young,

Nanotechnologie in

der Medizin, 2007.

40

35

30

25

20

15

10

5

0

Um

satz

Mrd

.US$

Wirkstoff-transport

6%

2%

Diagnostika

5%10%

Implantateund med.

Materialien

0,4%

9%

2006

2014

Umsatz Nano-

medizin-Produkte

in den USA

3 Hauptanwendungsfelder derNanotechnologie in der Medizin

12

3.1 Wirkstofftransport

Der Wunsch, einen Wirkstoff gezielt zum krankenGewebe zu transportieren, ist so alt wie die Herstel-lung moderner Medikamente und rührt daher, dassviele Wirkstoffe starke Nebenwirkungen haben. Sol-che Nebenwirkungen werden häufig durch eineunspezifische Verteilung der Wirkstoffe im Körperverursacht. Ein lang gestecktes Ziel der Pharmafor-schung ist es daher, Transportsysteme zu entwickeln,die es ermöglichen, einen Wirkstoff gezielt zumkranken Gewebe zu transportieren. In den 60er Jah-ren war mit den Liposomen, ein System gefunden,das hier eine erfolgversprechende Lösung bot. Lipo-somen sind mikroskopisch kleine Bläschen aus Phos-pholipiden, die intravenös verabreicht werden. DaBlutgefäße in Tumoren eine größere Durchlässigkeitfür die nanoskaligen Liposomen haben als gesun-des Gewebe, reichern sich liposomal formulierteWirkstoffe in Tumoren an. Jedoch bedurfte es etwazwei Jahrzehnte an Forschungsarbeit, bis die erstenProdukte auf den Markt kamen. Anfängliche Schwie-rigkeiten bestanden darin, dass Liposomen vomImmunsystem erkannt und aus der Blutbahn entferntwerden. Erst nachdem es gelungen war, spezielleMoleküle an die Liposomen zu heften und sie so fürdas Immunsystem unsichtbar zu machen, waren dieVoraussetzungen für ihren medizinischen Einsatzgeschaffen. Derzeit sind verschiedene liposomaleMedikamente für die Behandlung von Krebs, Pilz-infektionen und Augenerkrankungen auf demMarkt.

Neben den Liposomen gibt es eine Vielzahl weiterernanoskaliger Transportsysteme, wie Polymer-Nano-partikel, Polymer-Wirkstoff-Konjugate, Mizellen oderanorganische Nanopartikel, die im Prinzip dasselbeZiel verfolgen: Wirkstoffe gezielt im kranken Gewebe

anzureichern. Transportsysteme sind auch von gro-ßer Bedeutung für Proteintherapeutika, deren Wirk-samkeit oftmals eingeschränkt ist, da sie eine geringeVerweildauer im Blut aufweisen, chemisch labil sindund Immunreaktionen auslösen können. Mit nano-skaligen Transportsystemen wird daher versucht, dieApplikationseigenschaften von Proteintherapeutikazu verbessern. So kann durch Anheften von Polymer-ketten an die Proteine nicht nur ihre Halbwertszeitim Blut erhöht werden, sondern auch insgesamt ihreWirksamkeit. Zwei Polymer-Protein-Konjugate mitUmsätzen jenseits der Milliardengrenze sind PEGA-SYS (pegyliertes Interferon alpha-2a) zur Behand-lung von Hepatitis C und Neulasta (pegylierteshG-CSF) zur Behandlung von Neutropenie, einerBlutkrankheit, die zur Immunschwäche führt.

Die Entwicklung nanoskaliger Wirkstofftransportsys-teme wird immer noch stark von universitärer For-schung und Start-ups vorangetrieben. In Europa sindGroßbritannien und Deutschland im Hinblick aufPublikationen und Patentanmeldungen in diesemBereich führend. Von Seiten der Pharmaindustrie istdas Interesse bislang zurückhaltend gewesen, daviele Pharmaunternehmen den Zeitpunkt noch als zufrüh erachten, um mit großem finanziellen Einsatz indiese neue Technologie einzusteigen. Jedoch ist dasInteresse der Industrie in den letzten Jahren langsamgestiegen, was sich vor allem an der zunehmendenAnzahl an Produkten ablesen lässt, die ein fortge-schrittenes Entwicklungsstadium erreicht haben:Derzeit befinden sich immerhin mehr als 100 nano-skalige Wirkstofftransportsysteme in der klinischenPhase der Entwicklung.

3.2 Wirkstoffe und neue Therapieverfahren

Neben ihrer Eignung als Wirkstofftransportsystemelassen sich Nanopartikel und nanoskalige Moleküleauch direkt zur Therapie von Krankheiten einsetzen.Eine für pharmazeutische Anwendungen interessanteMolekülklasse sind beispielsweise Dendrimere. Diesebaumartig verzweigten Makromoleküle können dieGröße eines kleinen Proteins erreichen. Im Vergleichzu klassischen Polymermolekülen weisen sie denVorteil auf, dass sie kontrolliert mit spezifischenEigenschaften synthetisiert werden können und sichsomit für medizinische Anwendungen maßschnei-dern lassen. Darüber hinaus können funktionelleGruppen spezifisch auf der Oberfläche angeordnet

Pegylierter Wirkstoff

Antikörper

Kranke ZelleEnzymeT-Zellen

Biopharmazeutische

Wirkstoffe werden von

Antikörpern inaktiviert

und von Enzymen

abgebaut. Durch das

Anheften kettenförmi-

ger PEG-Moleküle wird

der Wirkstoff geschützt

und seine Wirksamkeit

so erhöht.

13

werden, so dass sie besonders effizient mit Viren undZellen wechselwirken. Ein Beispiel für einen Wirk-stoffkandidaten auf Dendrimer-basis ist Vivagel, einGel, das vor HIV-Infektionen schützt. HIV-Viren besit-zen bestimmte Proteine, die sich an Zellrezeptorenanlagern und den Virus so in Zellen einschleusen.Die Dendrimermoleküle in Vivagel reagieren genaumit diesen Proteinfragmenten auf der Oberflächedes Virus, so dass der Virus nicht mehr in Zellen ein-dringen kann. Damit ist die Infektionskette wirksamunterbrochen. Vivagel wird von Starpharma, einemaustralischen Technologieunternehmen, entwickeltund befindet sich derzeit in klinischen Phase-II-Studien.

Ein ganz anderes Konzept wird in der Thermothera-pie mit Nanopartikeln verfolgt. Bei dieser Therapie-methode für Krebs werden Nanopartikel im Tumorangereichert und dann entweder durch ein externesMagnetfeld oder Laserlicht erwärmt, um so dieTumorzellen abzutöten.

Es gibt weltweit verschiedene Start-ups, die an die-ser Methode arbeiten, darunter Magforce in Berlin,Magnamedics in Aachen und Nanospectra Bio-science in Houston. Diese neuartigen Nanotechno-logie-basierten Methoden der Thermotherapie sindhoch innovativ und haben das Potenzial für einedeutlich nebenwirkungsärmere und kostengünsti-gere Therapie von Tumoren, als dies derzeit mit derChemotherapie möglich ist.

3.3 In-vivo-Diagnostik

Im vergangenen Jahrhundert wurden in der diag-nostischen Bildgebung große Fortschritte erzielt mitder Einführung und der Perfektion der Röntgen,Ultraschall-, Magnetresonanz- und den nuklearenVerfahren. Hauptstärke dieser Verfahren ist derNachweis morphologischer und physiologischerVeränderungen, allerdings sind sie kaum geeignet,spezifische Informationen über das Stadium und dieUrsachen einer Krankheit zu geben. Die revolu-tionären Fortschritte in der Genomforschung undder Molekularbiologie haben in jüngster Zeit jedochzu einem deutlich verbesserten Verständnis dermolekularen Prozesse geführt, die den Krankheitenzu Grunde liegen. Das heißt, heute besteht dieMöglichkeit, die Entstehung und den Verlauf vonKrankheiten, wie z. B. Krebs oder Arteriosklerose,anhand von Proteinen und DNA-Molekülen nach-zuweisen, die in den Zellen des kranken Gewebesproduziert werden. Das Ziel der Molekularen Bildge-bung ist es, diese Marker zu nutzen, um Krankheitenbereits vor Ausbruch der Symptome zu erkennen,Informationen über die spezifische Ausprägung der

Krankheit zu erhalten und die Wirkung von Medika-menten zeitnah zu überprüfen. Langfristig, so wirdvon Experten erwartet, wird die Molekulare Bildge-bung zu einem Paradigmenwechsel in der Medizinführen: Der Fokus der medizinischen Versorgungsoll zunehmend von der Diagnose und Behandlungspäter Symptome hin zur Prävention und Heilungvon Krankheiten verschoben werden.

Die molekulare Bildgebung basiert prinzipiell aufden gleichen Verfahren wie die traditionelle medi-zinische Bildgebung; jedoch erfordert sie neue Kon-trastmittel. Darüber hinaus müssen die technischenApparate und die Datenverarbeitung angepasstwerden. Typischerweise besteht ein Kontrastmittelfür die Molekulare Diagnostik aus einer bildgeben-den Komponente, die mit einem Antikörper odereinem anderen Zielfindungsmolekül verknüpft wird.In die Blutbahn injiziert reagieren diese mit Ziel-strukturen auf der Oberfläche von kranken Zellennach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip und reichern dasKontrastmittel so im kranken Gewebe an.

Links: Selektive Auf-

nahme von Magnet-

Nanopartikeln durch

Tumorgewebe (schwarze

Gewebebereiche).

Durch Einschalten eines

Magnetfeldes erwärmen

sich die Partikel und der

Tumor kann so zerstört

werden.

Rechts: Eine Ampulle

mit einer Suspension der

magnetischen Nano-

partikel.

Magforce Nanotechnologies AG

In mehr als zehn Jahren Grundlagenforschung ander Charité Universitätsmedizin in Berlin entstandunter der Leitung von Dr. Jordan eine weltweitneue Nano-Krebstherapie. Mit Hilfe von Eisenoxid-haltigen Teilchen, die in den Tumor gespritzt wer-den, und einem magnetischen Wechselfeld kannpraktisch jede Region des Körpers kontaktlos vonaußen millimetergenau erwärmt werden, um sodie Krebszellen abzutöten. Das besondere an die-sem Verfahren ist, dass die Nanopartikel selektivvon den Krebszellen aufgenommen werden. DieMagforce Nanotechnologies AG in Berlin, hatdiesen Ansatz in Therapieprodukte umgesetzt, diederzeit in klinischen Wirksamkeitsstudien (PhaseII) für die Behandlung von Gehirntumoren undProstatakrebs erprobt werden. Im Jahr 2005 wurdedie Magforce AG für ihre herausragende Innova-tion auf dem Gebiet der Krebsbekämpfung mitdem Frost & Sullivan Award for Technology Inno-vation ausgezeichnet.

© MagForce Nanotechnologies

14

Es zeichnet sich ab, dass innerhalb der In-vivo-Diagnostik Nanotechnologie die größte Bedeutungfür die Entwicklung molekularer Kontrastmittel erlan-gen wird. So besteht in der Magnetresonanztomo-graphie das Problem, dass die Konzentrationen dermolekularen Marker für Krankheiten zu klein sind,um nach Anreicherung des Kontrastmittels ein aus-reichend starkes Signal zu erhalten. Der einzigeLösungsansatz für dieses Problem ist derzeit dieAnreicherung tausender kontrastgebender Gadoli-niumatome in einem Nanopartikel. Dieses Konzeptwird derzeit von dem Start-up Kereos in St. Louis ver-folgt. Kereos entwickelt MRI-Kontrastmittel, die ausPerfluorocarbon-Nanoemulsionen bestehen, wobeijedes Emulsionströpfchen mehrere zigtausendGadoliniumatome trägt und so eine große Kontrast-verstärkung erzeugt. Die beiden Lead-Produkte, dieKereos derzeit in Zusammenarbeit mit Philips undBristol Meyers Squibb entwickelt, sollen die früheDiagnose von Krebs und arteriosklerotischen Abla-gerungen ermöglichen.

Molekulare Kontrastmittel auf Basis von Nanotech-nologie befinden sich noch nicht auf dem Markt.Jedoch gibt es bereits Kontrastmittel, die aus Eisen-oxid-Nanopartikeln bestehen, die einen besondersstarken Kontrast erzeugen und sich selektiv in derLeber anreichern. Ein solches Kontrastmittel wurdevon Schering (Heute Bayer Schering Pharma AG)entwickelt und ist erfolgreich unter dem NamenResovist® auf dem Markt eingeführt worden.

3.4 In-vitro-Diagnostik

Experten zufolge hat die Nanotechnologie der Bio-sensorik zu einer Renaissance verholfen, da sie voll-kommen neue Sensorkonzepte ermöglicht. Derzeitbefinden sich ein Vielzahl von Nanotechnologie-basierten Sensoren und diagnostischen Tests in derEntwicklung. Zielsetzung ist es zum einen, beste-hende diagnostische Tests effizienter durchzuführenund zum anderen, neue diagnostische Tests aufBasis von Proteinen oder Nukleinsäuren für eine ver-besserte Diagnose von Krankheiten, wie z. B. Krebsoder kardiovaskuläre Erkrankungen, zu entwickeln.Nanotechnologie in der In-vitro-Diagnostik bedeutetdabei entweder die Verwendung von Nanopartikelnals Marker für biologische Moleküle oder den Ein-satz neuer nanotechnologischer Messprinzipien. AufBasis von Gold-Nanopartikeln ist zum Beispiel eingänzlich neues Detektionsverfahren für den Nach-weis von DNA-Molekülen entwickelt worden. In demVerfahren werden Gold-Nanopartikel mit DNA-Mole-külen konjugiert, die komplementär zu krankheits-spezifischen Genen sind.Werden solche Nanoparti-kel in eine klinische Probe gegeben und liegen kom-plementäre DNA-Stränge vor, so bilden sich Partikel-cluster, die einen Farbumschlag der Lösung bewirken.

Nanosphere, ein Start-up-Unternehmen aus Illinois,hat basierend auf diesem Nachweisprinzip eineneue diagnostische Plattform für die Diagnose vonKrebs, Alzheimer und Mukoviszidose aufgebaut. Fürden Nachweis von Mukoviszidose soll der neue dia-gnostische Test nur ein Zehntel des herkömmlichenanalytischen Nachweises kosten.

Zu den neuen Nanotechnologie-basierten Sensor-plattformen zählen z. B. auch Cantilever- und SPR-Sensoren (Oberflächen-Plasmonen-Resonanz). DasHerzstück der Cantilever-Sensoren besteht ausmikromaschinell gefertigten Federbalken (Canti-levern) mit einer Länge von einigen 10 bis 100 µmund einer Dicke im Nanometer- bis Mikrometer-bereich. Die Federbalken werden mit DNA- oderProteinmolekülen beschichtet, die spezifisch mit dengesuchten Biomolekülen in der Probe reagieren.Solche Bindungsereignisse führen zur Auslenkungeines Federbalkens, die mit einem Laser detektiertwerden kann. Im Vergleich zu vielen optischen Nach-weismethoden weisen die Cantilever-Sensoren denVorteil auf, dass die Probenmoleküle nicht markiertwerden müssen und somit die Nachweisprozedurdeutlich vereinfacht wird. Mit SPR-Sensoren könnenBindungsereignisse zwischen Proteinen oder Prote-inen und DNA in Echtzeit gemessen werden. Dabeiwird ausgenutzt, dass sich bei einer entsprechendenAnordnung von nanometerdünnen Schichten, die

Gadolinium

Zielfindungs-molekül

Tumor-Marker

Nanopartikel

Krankes Gewebe

Prinzip der Molekularen

Bildgebung:

Die bildgebende

Komponente und das

Zielfindungsmolekül

werden an einen Nano-

partikel gekoppelt. Durch

das Zielfindungsmolekül

erfolgt die Anreicherung

im kranken Gewebe.

15

Intensität des reflektierten Lichtes von der Masse derBiomoleküle abhängt, die an der Schicht haften.SPR-Sensoren finden bereits verbreitet Einsatz in derWirkstoffforschung.

Die Anzahl neuer auf Nanotechnologie basierenderMesskonzepte ist kaum mehr zu überschauen. DenAnsätzen ist jedoch gemein, dass sie zuerst in derbiopharmazeutischen Forschung zum Einsatz kom-men, bevor sie für den Markt der medizinischen Dia-gnostik weiterentwickelt werden, da hier auf Grundder Regularien des Medizinproduktegesetzes höhereMarkteintrittsbarrieren bestehen.

3.5 Implantate und Biomaterialien

Durch die sich stetig verbessernde medizinische Ver-sorgung nimmt die Lebenserwartung der Menschenzu und degenerative Erkrankungen gewinnen anBedeutung, insbesondere in der alternden Bevölke-rung. Gelenke verlieren mit zunehmendemAlter ihreFunktionsfähigkeit und müssen daher oftmals ersetztwerden. Hier besteht ein steigender Bedarf nachverbesserten Implantatmaterialien, um die Lebens-dauer der Implantate zu erhöhen und so die Revi-sionsrate zu verringern, die für Hüft- und Knieimplan-tate nach zehn Jahren derzeit bei etwa 10% liegt.

Entscheidend für die Integration eines Implantatesin das umgebende Gewebe ist die Anlagerung vonProteinen, die die nachfolgende Zelladsorptionsteuern. Wissenschaftler glauben, dass das unzurei-chende Verständnis dieser Prozesse einer der ent-scheidenden Gründe dafür ist, dass es bislang nichtgelungen ist, die Lebensdauer von Implantatendeutlich zu erhöhen. Dabei hat es nicht an Versuchen

Quicklab

Quicklab ist ein diagnostisches System für Point-of-Care Anwendungen, das auf einem elektrischenBiochip mit nanostrukturierten Elektroden basiert.Biomoleküle wie DNA und Proteine werden elek-trochemisch nachgewiesen. Im Vergleich zu opti-schen Methoden hat die elektrochemische Detek-tion den Vorteil, mechanisch robuster zu sein undsich gleichzeitig auch für eine billige Massenpro-duktion zu eignen. Die grundlegenden Entwick-lungsarbeiten für den Biochip wurden vom Fraun-hofer Institut für Siliziumtechnologie, SiemensCorporate Technology und Infineon im Rahmendes vom Bundesforschungsministeriums geför-derten SIBANAT-Projektes geleistet. Siemens hatden elektrischen Biochip nun in eine diagnosti-sche Plattform integriert, die zukünftig für dieDiagnose von Infektionskrankheiten, wie Blutver-giftungen, Lungenentzündungen oder Harnwegs-erkrankungen, eingesetzt werden soll.

Waver mit Cantilever-

Sensoren der

Concentris GmbH.

Messprinzip eines

Cantilever-Sensors:

Durch die Bindung

von Molekülen aus

der Probe werden die

Federbalken verbogen.

Diese Auslenkung

kann mit einem Laser

detektiert werden.© Siemens

© Concentris GmbH

© Concentris GmbH

Das von Siemens Corporate

Technology entwickelte

Quicklab-Diagnosegerät

mit Biochip, der nanostruk-

turierte Elektroden enthält.

16

gefehlt, mit Hilfe neuer Materialien das Einwachsver-halten der Implantate zu verbessern. Neuere Ansätzeversuchen über nanostrukturierte Implantatober-flächen, die Wechselwirkung mit Knochenzellen zuverbessern und die Anlagerung von Proteinen zukontrollieren. Erste Unternehmen, wie BiometDeutschland und DePuy, arbeiten bereits mit nano-kristallinen Materialien und Oberflächenbeschich-tungen auf Basis von Hydroxylapatit, um dasEinwachsverhalten ihrer Implantate zu verbessern.

Nanokristalline Diamantbeschichtungen sind einweiterer nanotechnologischer Ansatz, die Lebens-dauer von Implantaten zu erhöhen. Dabei werdenzwei verschiedene Zielrichtungen verfolgt: Zum einenwerden für Gelenkimplantate diamantbeschichteteGleitflächen entwickelt, die besonders gute Gleit-eigenschaften aufweisen und damit den Verschleiß

verringern. Auf der anderen Seitewerden Diamantbeschichtungenfür den Implantatschaft entwickelt.Sie sollen die Abriebsbildung ver-hindern, die an der Grenzflächezwischen Implantat und Knochendurch Mikrobewegungen entstehtund bei Titanimplantaten zurProthesenlockerung führen kann.

Mit diamantbeschichteten Implantatoberflächenkann somit die Langzeitstabilität der Implantateerhöht werden. Ein Unternehmen, das nanokristallineDiamantschichten herstellt, ist die Diaccon GmbH inErlangen. In Zellkulturtests konnte bereits nachge-wiesen werden, dass Zellen die submikroskaligenStrukturen der Diamantschichten erkennen könnenund an ihnen Zellanheftungspunkte ausbilden. DieseErgebnisse deuten auf eine besonders gute Biokom-patibilität der Beschichtungen hin.

Auch auf dem Gebiet der Knochenersatzmaterialiensind seit Ende der 90er Jahre eine Reihe vonForschungsvorhaben durchgeführt worden, indenen der Einsatz von nanokristallinen Biomateria-lien untersucht wurde. Zielsetzung der Projekte wares, knochenähnliche Zemente mit verbessertenmechanischen Eigenschaften zu entwickeln. Ostimist ein Beispiel für ein Knochenersatzmaterial, dasbereits auf dem Markt eingeführt wurde und ausnanokristallinem Hydroxylapatit besteht. Es wurdevon dem Oberburger Unternehmen Osartis (2005übernommen von der aap Implantate AG) entwickeltund wird für die Behandlung von Knochendefekteneingesetzt. Aufgrund seiner nanokristallinen Struk-tur können knochenbildende Zellen einwandernund die Knochenersatzmasse so durch natürlichenKnochen ersetzen.

Oben: Zellanheftungs-

punkt (50–200 nm) an

einem Diamantkristall in

Großaufnahme.

Rechts: Knochenbildende

Zelle auf einem diamant-

beschichteten Substrat.

© DiaCCon GmbH

© DiaCCon GmbH

17

3.6 Nanotechnologien für die Medizin– Übersicht

Derzeit werden hunderte Nanomaterialien undnanotechnologische Messkonzepte für den Einsatzin der Medizin erforscht. Je nach spezifischer An-wendung gilt es, im Detail zu analysieren, welchesMaterial oder Messkonzept die geeignetsten Eigen-schaften aufweist. Ein erster Überblick über die ver-schiedenen Nanotechnologien und ihre Bedeutungfür einzelne Anwendungsbereiche in der Medizinwird in der nachfolgenden Tabelle gegeben. Hier-bei zeigt sich, dass Nanotechnologie in den Berei-chen Wirkstofftransport und In-vivo-Diagnostik bis-her hauptsächlich in Form von Nanopartikeln zumEinsatz kommt. Nanopartikel werden hier als Träger-material verwendet, um Wirkstoffe oder Kontrast-mittel gezielt zum kranken Gewebe zu transportie-ren. Bei der Entwicklung neuer Wirkstoffe und The-rapien soll zum einen die pharmazeutischeWirkungbestimmter molekularer Nanosysteme wie Fullereneoder Dendrimere ausgenutzt werden, zum anderenwerden Nanopartikel in Kombination mit Magnet-feldern, Licht oder Ultraschall für thermische odermechanische Therapieansätze eingesetzt.Weiterhinkommen nanostrukturierte Oberflächen und Nano-poren in der Medizintechnik zum Einsatz, z. B. in

Dialysatoren oder in Verfahren zur Blutentgiftung. Inder In-vitro-Diagnostik ist Nanotechnologie beson-ders vielseitig anwendbar, z. B. in Form von Nano-partikel-Markern u. a. für Biochips, nanostruk-turierten Oberflächen für Biosensoren oder nano-technologischen Sensorkonzepten. Im Bereich derBiomaterialien wiederum werden Nanopartikel fürdie Herstellung von Zahnfüllstoffen oder Knochen-ersatzmaterialien genutzt. Außerdem kommennanostrukturierte Oberflächen für Implantate undNanofasern für das Tissue Engineering zum Einsatz.Nanotechnologische Messprinzipien sind für alleAnwendungsbereiche der Medizin von Bedeutung.Direkt kommen sie zwar nur in der Diagnostik zumEinsatz, jedoch sind sie zum unabdingbarenBestandteil des analytischen Instrumentariumsgeworden, wie es heute bei der Entwicklung vonmedizinischen Nanomaterialien eingesetzt wird. DieTabelle zeigt auch, dass sich Nanotechnologien inpraktisch allen medizinischen Anwendungsberei-chen sehr vielfältig einsetzen lassen. Aus Sicht dereingesetzten Materialien sind es vor allem anorga-nische Nanopartikel und molekulare Nanostruktu-ren, die das am breitesten gefächerte Anwendungs-potenzial haben.

Lipide (Schichten& Vesikel)*1

OrganischeNanopartikel

AnorganischeNanopartikel*2

MolekulareNanostrukturen*3

Nanofasern

NanostrukturierteOberflächen

Nanoporen

NanotechnologischeMessprinzipien*4

Wirkstoff-transport

Wirkstoffe/Therapien

In-vivo-Diagnostik

In-vitro-Diagnostik

Implantate/Biomaterialien

Anwendungsbereiche in der Medizin

Nan

ote

chno

log

ien

Die Bedeutung

nanotechnologischer

Materialien und Mess-

prinzipien für die Medi-

zin. Die Größe der

Quadrate repräsentiert

die technisch / wissen-

schaftliche Bedeutung

einer bestimmten Nano-

technologie für einen

bestimmten Anwen-

dungsbereich. Aussagen

über die kommerzielle

Bedeutung lassen sich

daraus zur Zeit noch

nicht ableiten.

*1 z. B. Liposomen oder Lipidschichten für Sensoroberflächen

*2 z. B. Gold-, Silber-, Calciumphosphat-Nanopartikel oder Quantum Dots

*3 z. B. Dendrimere, Kohlenstoff-Nanoröhren, Fullerene oder Polymermoleküle wie PEG

*4 z. B. Cantilever- oder SPR-Sensoren

18

Anwendungen der Nanotechnologie in der Medizinsind generell noch in einem recht frühen Entwick-lungsstadium und machen bislang nur einen kleinenTeil der Nanotechnologie-Aktivitäten weltweit aus.Trotzdem konnten in Hessen über 20 medizintech-nische und pharmazeutische Unternehmen identi-fiziert werden, die Nanotechnologie in F & E-Projek-ten einsetzen beziehungsweise sogar schon Pro-dukte am Markt eingeführt haben. Hierzu zählensowohl große Unternehmen, wie Fresenius MedicalCare, Heraeus Kulzer, Merck und B. Braun als auchmittelständische Unternehmen und Start-ups, wieSusTech in Darmstadt, CINVENTION in Wiesbaden,aap Biomaterials GmbH&Co. KG in Dieburg oderdie Thomas Recording GmbH in Gießen. Zu denersten Produkten mit Nanotechnologie-Komponen-ten, die von hessischen Unternehmen auf demMarkteingeführt wurden, zählen Membranfilter für dieDialyse von Fresenius, Knochenersatzmaterialienvon Heraeus Kulzer sowie Zahnersatzmaterialien vonHeraeus Kulzer und der Gesellschaft für DentaleForschung und Innovationen GmbH.

Wie für Forschungsarbeiten in der Pharmaindustrieüblich, so wird auch über die Forschung nano-skaliger Wirkstofftransportsysteme praktisch keineInformation preisgegeben. Daher entsteht der weit-verbreitete Eindruck, dass Nanotechnologie hiernoch keine Rolle spielt. Das Gegenteil ist jedoch der

Fall, praktisch alle großen Unternehmen mit Pharma-aktivitäten in Hessen, wie Sanofi-Aventis, Merck,Merz Pharmaceuticals und auch B. Braun, denkenbereits über den Einsatz von Nanotechnologie fürdie Entwicklung neuer Pharmaka nach. Ordnet mandie Unternehmen in Hessen einzelnen Technologie-feldern zu, so zeigt sich, dass jeweils ein Drittel imBereichWirkstofftransport und Implantatmaterialientätig ist. Ein weiteres Drittel der Unternehmen nutztNanotechnologie für die Entwicklung von Produktenim Bereich Therapiesysteme, Diagnostik und Kos-metik.

Schwerpunkte in der Nanomedizin-Forschung las-sen sich in Hessen an der Universität Frankfurt imBereich Wirkstofftransport und Analytik und an derUniversität Marburg in den Bereichen Wirkstoff-transport und Biomaterialien ausmachen. Insgesamtkonnten vierzehn Arbeitsgruppen identifiziert wer-den, die im Bereich der Nanomedizin forschen,davon sechs anWirkstofftransportsystemen, fünf aufdem Gebiet der Diagnostik / Analytik und drei anNanotechnologie-basierten Implantaten und Bio-materialien. Die Arbeitsgruppe um Prof. Kreuter ander Universität Frankfurt hat die Entwicklung vonPolymer-Nanopartikeln als Wirkstoff-Transportsyste-me besonders stark vorangetrieben. Weiterhin sehretabliert auf dem Gebiet der Wirkstoffformulierungist die Arbeitsgruppe um Prof. Kissel an der Univer-sität Marburg mit einem Fokus auf der Erforschungvon Transportmechanismen für Biopharmazeutika.Der Einsatz von Nanopartikeln für die inhalativeWirkstoffgabe wird von Prof. Seeger am Universitäts-klinikum in Gießen untersucht. Einer der Schwer-punkte seiner Arbeiten ist die Erforschung derkontrollierten Freisetzung von Wirkstoffen ausNanopartikeln in der Lunge zur Behandlung schwerheilbarer Lungenkrankheiten. Im Bereich der Bioma-terialien sind es insbesondere Prof. Greiner undProf. Wendorff an der Universität Marburg, die inten-siv an Nanotechnologie-basierten Biomaterialien fürden Einsatz in der Medizin arbeiten. In Anbetrachtder starken universitären und auch industriellenAktivitäten im Bereich Wirkstofftransport und Bioma-terialien / Implantate sind dies zwei Gebiete derNanomedizin mit besonderem Synergiepotenzial fürHessen.

UniversitäreArbeitsgruppen

Unternehmen

Hanau

Fulda

Marburg

Gießen

Frankfurt am MainWiesbaden

Darmstadt

Kassel

4 Nanomedizin in Hessen

Übersicht der Nano-

medizin-Aktivitäten in

der Industrie und an

Universitäten in Hessen.

Quelle: VDI Technologie-

zentrum GmbH

19

4.1 Nanoskalige Wirkstofftransportsysteme

Nanotechnologie hat ihre größte Bedeutung in derMedizin bislang wohl auf dem Gebiet der For-mulierung von Wirkstoffen (Drug Delivery) erlangt.Auch in Hessen gibt es auf diesem Gebiet starkeForschungsaktivitäten, die hier beispielhaft an denArbeiten der Arbeitsgruppen von Prof. Kreuter undPD Langer an der Universität Frankfurt und von Prof.Kissel und Prof. Bakowsky an der Universität Marburgdargestellt werden sollen.

Die Arbeitsgruppe um Prof. Kissel widmet sich haupt-sächlich Fragestellungen der Formulierung von bio-pharmazeutischen Medikamenten. Diese pharma-kologisch hochinteressanteWirkstoffgruppe von Pro-teinen, Peptiden und Genen gilt als äußerst erfolg-versprechend in der Therapie vieler Erkrankungeneinschließlich Krebs, Aids und Allergien. Jedoch istder Transport dieser Wirkstoffe zum kranken Organein Problem, da sie chemisch labil sind und häufignur eine geringe Verweildauer im Blut aufweisen.Proteinwirkstoffe werden zudem intravenös oder wieim Fall von Insulin subkutan gespritzt. Dies sind fürden Patienten sehr unangenehme und aufwendigeFormen der Verabreichung und die pharmazeutischeIndustrie sucht daher nach neuen Formulierungensolcher Wirkstoffe, die eine orale oder inhalativeApplikation ermöglichen. Die Arbeitsgruppe umProf. Kissel entwickelt verschiedene Drug DeliverySysteme für inhalative Medikamente. Mit den bioab-baubaren Nanopartikeln sollen Proteine oder Gen-fragmente in der Lunge über die Luft-Blut-Schranketransportiert werden. Nanoskalige Transportsystemesind hier notwendig, da sie aufgrund spezieller Trans-portmechanismen das Deckgewebe der Lungedurchdringen können. In einem Verbundprojektarbeitet Prof. Kissel mit Prof. Seeger aus Gießen, demTechnologie-Unternehmen Activaero in Gemündenund zwei Partnern aus der Pharmaindustrie derzeitan einer nanoskaligen Formulierung von Medika-menten für die Behandlung von Asthma. Durch denEinsatz von Nanopartikeln als Wirkstofftransportsys-teme soll die örtliche und zeitliche Freisetzung derinhalativ verabreichten Medikamente gesteuert undihre Wirksamkeit somit verbessert werden.

Auch die Arbeitsgruppe von Prof. Bakowsky beschäf-tigt sich mit der Herstellung und Charakterisierungnanoskaliger Drug Delivery Systeme für biogeneArzneistoffe. Im Fokus der Arbeiten steht die Ent-wicklung neuer Transportverfahren, indem bereitsweitgehend charakterisierte und in der pharma-zeutischen Industrie gebräuchliche Transporter wieLiposomen, Emulsionen oder polymere Nanosphä-ren systematisch modifiziert werden. Dabei spielenEigenschaften wie Partikelgröße, Oberflächen-ladung, Hydrophilie und Hydrophobie der Grenz-fläche sowie die Morphologie der Oberfläche einebedeutende Rolle.

Prof. Kreuter, einer der führendenWissenschaftler auf dem Gebiet desWirkstofftransports, erzielte bei derErforschung von Polymer-Nanopar-tikeln als Wirkstofftransportsystemewichtige Durchbrüche. Ein Haupt-problem der Nanopartikel-Delivery-Systeme besteht darin, dass sie nachintravenöser Gabe schnell von Zellender Leber und der Milz aufgenommenwerden, noch bevor sie sich imZielgewebe anreichern können. DerArbeitsgruppe um Prof. Kreuter gelanges, zwei wichtige chemische Verbin-dungen (Poloxamer 1508 und Poly-sorbat 80) zu identifizieren, die dieVerweilzeit der Nanopartikel im Bluterhöhen und ihre Anreicherung inanderen Organen als Leber und Milzbegünstigen. Darüber hinaus konnteProf. Kreuter erstmalig nachweisen,dass es mit Hilfe von Nanopartikeln, diemit Polysorbat 80 beschichtet sind,möglich ist, normalerweise nichthirngängige Arzneistoffe über die Blut-Hirn-Schranke zu transportieren. DieÜberwindung der Blut-Hirn-Schrankeist ein wichtiges Ziel der Pharmafor-schung, da viele Medikamente zur Behandlung vonGehirntumoren oder neurodegenerativen Erkran-kungen nicht zum Einsatz kommen können, da dieBlut-Hirn-Schranke für sie unüberwindlich ist.

Ein großer Nachteil der in der Vergangenheit ver-wendeten Polyacryl-Nanopartikel für den Wirkstoff-transport ist ihre schlechte Abbaubarkeit im Körper.Die Arbeitsgruppe um PD Langer versucht diesesProblem zu lösen, indem Nanopartikel entwickeltwerden, die auf biodegradierbaren Proteinen wieAlbumin, Gelatine oder Casein basieren. Ein wich-tiges Forschungsziel ist die Modifizierung der Ober-

Linke Spalte, links:

Rasterelektronen-

mikroskopische Auf-

nahme von Polymer-

Nanopartikeln für die

pulmonale Anwen-

dung (Balken = 1 µm).

Linke Spalte, rechts:

Liposomen als DNA-

Trägersysteme für die

Gentherapie

(Balken = 5 µm).

Oben: Elektronenmikro-

skopische Aufnahmen

von Nanopartikeln auf

der Basis von humanem

Serumalbumin (Balken =

500 nm).

Mitte / Unten: Anreiche-

rung eines blau markier-

ten Arzneistoffs in Krebs-

zellen (rot) durch ein

unspezifisches (Mitte)

oder ein zellspezifisches

(unten) nanopartikuläres

Trägersystem.

© AG Bakowsky, Universität Marburg

© AG von Briesen, FhG-IBMT

© AG Langer, Universität Frankfurt

20

flächen der Nanopartikel mit Hilfe von Peptidchemie,um so eine Bindung von Liganden, wie z. B. Anti-körpern durchzuführen. Die resultierenden Ligan-den-modifizierten Nanopartikel sollen eine zellspez-ifische Anreicherung der an sie gebundenen Arznei-stoffe und damit eine zielgerichtete Therapie vonerkrankten Zellen ermöglichen. Ziel solcher Nano-technologie-Anwendungen im Bereich der Arznei-formulierungen ist es, eine für den Patienten opti-mierte Therapie mit erhöhter Wirksamkeit beireduzierten Nebenwirkungen zu erreichen.

Aktuell arbeiten PD Langer und Prof. Kreuter inKooperation mit der Merck KGaA in Darmstadt aneinem Nanopartikel-basierten Wirkstofftransport-system, das Chemotherapeutika gezielt in Tumorenanreichern soll. Bei diesem Ansatz wird das Poly-merpartikel mit dem Chemotherapeutikum beladenund gleichzeitig mit Antikörpern versehen, die mittumorspezifischen Antigenen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip reagieren. An solchen Transport-vehikeln wird weltweit von verschiedenen Wissen-schaftlern und Pharmaunternehmen geforscht. Auf-grund der Komplexität und des frühen Entwicklungs-stadiums dieser Systeme ist jedoch noch viel Ent-wicklungsarbeit zu leisten, bis sie für den Wirkstoff-transport weite Verbreitung finden können.

Neben der Merck KGaA forschen eine Reihe weite-rer Unternehmen in Hessen an nanoskaligen Drug-Delivery-Systemen, wie Sanofi-Aventis, Merz Pharma-ceuticals und die Pharmasparte von B.Braun. So hatSanofi-Aventis einen Lizenzvertrag mit dem irischenbiopharmazeutischen Unternehmen Elan abgeschlos-sen, der Sanofi-Aventis Zugang zu Elans NanoCrys-tal-Technologie verschafft. Mit dieser Technologie istes möglich, schwerlösliche Wirkstoffe als Nanopar-tikel zu formulieren. Da Nanopartikel eine extrem

große Oberfläche im Verhältnis zum Volumenhaben, kann so die Löslichkeit des Wirkstoffs unddamit seine Bioverfügbarkeit stark erhöht werden.Für pharmazeutische Unternehmen ist diese Tech-nologie von großem Interesse, da etwa 40% allerWirkstoffkandidaten so schwer löslich sind, dass siederzeit nicht als Medikament verabreicht werdenkönnen. Neue nanotechnologische Verfahren, wiesie bei Sanofi-Aventis jetzt zum Einsatz kommen,versprechen hier ein drängendes Problem der Phar-maforschung zu lösen.

4.2 Nanomaterialien für die Medizin

Nanotechnologie spielt generell eine wichtige Rollein den Materialwissenschaften, da sich viele Eigen-schaften von Materialien ändern, wenn sie als Nano-partikel vorliegen oder auf der Nanoskala strukturiertsind. Die Arbeitsgruppen von Prof. Greiner und Prof.Wendorff an der Universität Marburg beschäftigensich mit neuen Nanomaterialien für medizinische undtechnische Anwendungen. Ein wichtiger Schwer-punkt ihrer Forschungsarbeiten stellt die Entwicklungvon Nanofasern für die Medizintechnik dar. Mit demElektrospinning-Prozess können Fasern mit Durch-messern von nur wenigen Nanometern hergestelltwerden. Dieser Prozess ist nicht neu, gewinnt aber imZuge verstärkter Forschungsaktivitäten in der Nano-technologie sowohl in der Industrie als auch in deruniversitären Forschung wieder an Bedeutung. BeimElektrospinning-Prozess wird das gelöste Polymer ineinem elektrostatischen Feld versprüht und bildet aufder Gegenelektrode ein feines Fasergespinst. Zu denpotenziellen Einsatzbereichen polymerer Nanofaserngehören Spezialfilter, Sensoren, die Verstärkung vonMaterialien, Drug-Delivery-Systeme,Wundverbändeund das Tissue Engineering.

Links: Zelle, die auf einer

Matrix aus Polylactid-

Nanofasern wächst

(Balken = 30 µm).

Rechts: Ein Haar als

Größenvergleich zu

den Nanofasern

(Balken = 30 µm).

© AG Wendorff, Universität Marburg

21

In einer groß angelegten interdisziplinären Koopera-tion untersuchen Arbeitsgruppen der UniversitätenMarburg und Gießen sowie des GSF-Forschungs-zentrums für Umwelt und Gesundheit in Münchenderzeit die inhalative Applikation von elektro-gesponnenen Nanofasern, Nanoröhren und Nano-partikeln. Somit könnten Medikamente statt durchInjektion einfach durch Inhalation verabreichtwerden. Ein übergeordnetes wissenschaftliches Zieldieser Kooperation ist die spezifische Anreicherungder Wirkstoffe im kranken Organ mit Hilfe der neuenNanomaterialien.

Ein weiterer Anwendungsbereich elektrogesponne-ner Nanofasern sind Gerüststrukturen für das TissueEngineering. Das Ziel im Tissue Engineering ist es,lebende Zellen eines Organismus extrakorporal zukultivieren und das so gewonnene Gewebe wiederzu implantieren, um kranke Gewebe oder Organe zuersetzen oder deren Heilung zu unterstützen. Dasspezielle Wachstumsverhalten von Zellen macht beiihrer Kultivierung jedoch den Einsatz einer Gerüst-struktur notwendig, wenn dreidimensionale Gewe-bestrukturen ausgebildet werden sollen. Aufgrundihrer Struktur stellen die elektrogesponnenen Nano-fasern, die an der Universität Marburg hergestelltwerden, eine ideale Matrix für Tissue Engineering-Anwendungen dar. Sie können mit Wachstumsfak-toren, Medikamenten und anderen Stoffen dotiertwerden und sind sowohl biokompatibel als auchresorbierbar. Wachstumsversuche mit verschiede-nen Zellarten zeigen ein deutliches Wachstum aufder Fasermatrix entlang der Nanofasern und keineZeichen des Zelltodes oder der Zelldegeneration.Derzeit wird an der Universität Marburg von eineminterdisziplinären Team von Materialwissenschaftlernund Medizinern am Tissue Engineering von Knorpelund Knochen unter Einsatz elektrogesponnenerFasermatrizes gearbeitet. Ein weiterer Einsatzbereichder Fasertechnologie, über den in der Arbeits-gruppe von Prof. Wendorff nachgedacht wird, sindWundverbände.

Aufgrund der Porosität ermöglichen Matten ausNanofasern einen guten Luftaustausch, verhindernaber gleichzeitig das Eindringen von Bakterien.WieVorarbeiten der Arbeitsgruppe um Prof. Wendorffin Zusammenarbeit u. a. mit Prof. Greiner und Prof.Kissel gezeigt haben, können zudem Wirkstoffe auselektrogesponnenen Nanofasern kontrolliert freige-setzt werden. Durch den Einsatz solcher Multifunkti-onsfasern in Wundverbänden lässt sich der Hei-lungsprozess im Vergleich zu herkömmlichen Ver-bänden um einen Faktor drei bis vier beschleunigen.Klinische Tests der Nanofasern als Wundmaterialstehen noch aus, jedoch haben Medizintechnik-unternehmen das Potenzial bereits erkannt undgroßes Interesse an diesem Material bekundet.

Elektrospinning-

Handgerät, mit dem

gezeigt werden konnte,

dass sich das Elektro-

spinning-Verfahren

prinzipiell auch direkt

zur Wundbehandlung

einsetzen lässt.

© AG Wendorff, Universität Marburg

5 Hessische Unternehmen mitNanomedizin-Aktivitäten

22

5.1 Fresenius Medical Care –Nanotechnologie für die Dialyse

Die Fresenius Medical Care AG ist der weltweit füh-rende Anbieter von Dialyse-Produkten und Dialyse-Dienstleistungen für Patienten mit chronischemNierenversagen. Bei der Dialyse werden überschüs-siges Wasser und Giftstoffe, die normalerweise mitdem Harn ausgeschieden werden, mit einem Mem-branfilter aus dem Blut entfernt. Ein solches Dialyse-verfahren ist für 1,4 Millionen Patienten weltweit einelebenserhaltende Therapie.

In den frühen Generationen der Dialysatoren in den60er Jahren kamen Zellulosemembranen zum Ein-satz, seit etwa 20 Jahren werden jedoch überwie-gend synthetische Membranen mit definierten Porenverwendet. Die Porengröße der Membran wirddabei von der Porenstruktur der natürlichen Nierevorgegeben, in der die Porendurchmesser etwa vierNanometer betragen. Mit Hilfe der nanokontrollier-ten Spinntechnologie ist seit einigen Jahren nuneine genauere Kontrolle der Membranstruktur imNanobereich möglich. Das Ergebnis ist eine höhereAnzahl an Poren pro Flächeneinheit in der die Trenn-eigenschaften der Membran bestimmenden innerenSchicht. Zusätzlich wird eine engere Verteilung derPorendurchmesser um den gewünschten Mittelwerterreicht, und der Übergang von der inneren Trenn-schicht zur äußeren Stützstruktur kann vom Mikro-meterbereich in den Nanometerbereich reduziertwerden. Dies ermöglicht eine bessere Entfernungvon Toxinen mit mittlerem Molekulargewicht (z. B.beta 2-Mikroglobulin), während gleichzeitig der Ver-lust von Albumin auf praktisch Null reduziert wird.

Nanokontrollierte Spinntechnologie wird bei Fre-senius derzeit für die Herstellung der Helixone®-Membran angewandt, die seit fünf Jahren in denbesonders leistungsstarken FX-class Dialysatoreneingesetzt wird.

Neben der Steuerung der Filtrationseigenschaftenspielt die Nanotechnologie auch bei der Beeinflus-sung der Bio- und Hämokompatibilität eine Rolleund ist damit für alle Materialien von Interesse, diebei der Dialyse in Kontakt mit Blut stehen. Bei derHelixone®-Membran wurde die Oberflächenrauhig-keit verringert, um die effektiv mit Blut in Kontakttretende Oberfläche zu reduzieren. An andererStelle, wie der Membran im Druckabnehmer desBlutschlauchsystems, kann die Oberfläche unterAusnutzung des Lotuseffektes so modifiziert werden,dass die unerwünschte Benetzung mit Blut ver-mieden wird.

Blutseite der Kapillare

Harnseiteder Kapillare

Ausschnitt aus der Kapillarwand

Kapillarwand

Links: Herstellung von

FX-class Dialysatoren

bei Fresenius

Rechts: Eine mit der

nanokontrollierten

Spinntechnologie

hergestellte Helixone®

Dialysatormembran

(Innendurch-

messer 185 µm).

Schematische

Darstellung einer

Kapillarwand der

Nieren mit einer

Porengröße von

4 nm. Über die

Kapillarwand

werden die Gift-

stoffe aus dem

Blut gefiltert.

© Fresenius Medical Care AG

23

5.2 IonGate Biosciences –Analytik von Transportproteinen

Die IonGate Biosciences GmbH, ansässig im Indus-triepark Höchst, hat sich in den letzten Jahren alserfolgreiches Biotechnologieunternehmen in Frank-furt etabliert. Ein Team von 20Wissenschaftlern undTechnikern arbeitet in der medizinischen Wirkstoff-forschung schwerpunktmäßig an Membranprote-inen und betreibt neben eigener Technologieent-wicklung Auftragsforschung für die präklinischeWirkstoffsuche.

Mit SURFE2R (Surface Electrogenic Event Reader) hatIonGate eine neue Technologieplattform entwickelt,die es ermöglicht, elektrisch aktive Membranpro-teine ohne Verwendung von Fluoreszenzfarbstoffenoder radioaktiver Marker zu untersuchen. Entschei-dende Nanotechnologie-Komponente dieses Mem-bransensors ist eine Goldelektrode, auf die zweiMonoschichten von speziellen Lipidmolekülen auf-gebracht werden. Diese Molekülschichten gewähr-leisten, dass die zu untersuchenden Proteine nurwenige Nanometer von der Elektrodenoberflächeentfernt sind und bilden gleichzeitig eine isolierendeSchicht zwischen Goldelektrode und wässrigerPhase. Mit Hilfe von Vesikeln oder Membranfrag-menten können Transportproteine von mehrerenzehntausend Zellen gleichzeitig auf die Sensor-oberfläche aufgebracht werden. Die SURFE2R-Technologie ermöglicht es damit, die Effekte vonWirkstoffen auf die Funktion von Transportproteinendirekt zu untersuchen.

Viele Transportproteine und Ionenpumpen gehörenzur Klasse der elektrisch aktiven Membranproteine.Sie sind für die Zellen eines Organismus von zen-traler Bedeutung und spielen als Zielstrukturen inwichtigen Indikationsgebieten wie Zentrales Ner-vensystem, Herz-Kreislauf und Stoffwechsel eineentscheidende Rolle. Trotz dieser wichtigen physio-logischen Rolle sind Transportproteine und Ionen-pumpen in den Screeningprozessen der Wirkstoff-forschung deutlich unterrepräsentiert, da sie nurmembrangebunden untersucht werden können unddamit bislang experimentell sehr schwer zugänglichwaren. Dies ändert sich nun mit der SURFE2R-Tech-nologie, die im Vergleich zu konventionellen elek-trophysiologischen Methoden deutlich sensitiverist und sich durch eine drastische Erhöhung dererreichbaren Durchsätze auszeichnet. Damit wird eserstmals möglich ein effizientes Wirkstoffscreeningan Transportproteinen durchzuführen, so dass einwesentlicher Engpass innerhalb der pharmazeu-tischen Forschung nun beseitigt werden kann. DieSURFE2R -Technologie wird zurzeit in einem Koope-

rationsprojekt zwischen IonGate, Sanofi-Aventis unddem Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurtzur Untersuchung von Kalziumtransportern einge-setzt. Dabei hat sich die Technologie als so erfolg-reich erwiesen, dass sie von Sanofi-Aventis für dieinterne Wirkstoffentwicklung übernommen wurde.Die SURFE2R-Technologie ist mittlerweile am Markteingeführt worden und wird derzeit zu einer Pro-duktfamilie ausgebaut.

Elektrode

ProlinNa+

Transportprotein

l(t)

Goldelektrode

Proteoliposom

Oben:Wirkungsprinzip

der SURFE2R-Techno-

logie: Das Transport-

protein ist Bestandteil

eines Proteoliposomes,

das sich auf der Ober-

fläche des Sensor-

elementes befindet.

Durch Stimulation des

Transportproteins

(hier durch Prolin)

ändert sich die Salz-

konzentration in der

Lösung. Die dadurch

bedingte Änderung

des Stromes wird

mit den Elektroden

gemessen.

Unten: Elektroden des

SURFE2R-Sensors.

© AG Fendler, MPI für Biophysik

© IonGate Biosciences

24

5.3 SusTech Darmstadt – Mit Nanit®activegegen schmerzempfindliche Zähne

Im Jahr 2000 haben sechs führendeWissenschaftlerauf dem Gebiet neuer Materialien, die TechnischeUniversität Darmstadt und die Henkel KGaA alsGesellschafter gemeinsam das Forschungsunter-nehmen SusTech Darmstadt gegründet. SusTechist damit ein Beispiel für eine Public-Private-Partnership, in der ein Team von 30WissenschaftlernNanotechnologie-basierte innovative Materialienund Produkte auf einer Vielzahl von Gebieten entwi-ckelt. Beispiele für Forschungsprojekte sind neuemagnetische Materialien, Kleben auf Kommandound die Synthese von Nanopartikeln und Biokom-positen. Für die erfolgreiche Realisierung einerPublic-Private-Partnership und beispielhaft für denWirkstoff Nanit®active wurde SusTech Darmstadt imNovember 2004 mit dem Hessischen Innovations-preis ausgezeichnet.

Nanit®active ist ein Biokomposit, der aus Nano-Calciumphosphat (Apatit) und Protein zusammen-gesetzt ist und als Wirkstoff zur Behandlung offen-liegender Dentinkanälchen eingesetzt wird. Alters-oder krankheitsbedingt können sich das Zahnfleischam Zahnbein und nachfolgend auch der Zahnze-ment zurückbilden. Damit liegen die Dentinkanäl-chen, die direkt zum Zahnnerv führen, ungeschütztfrei und Reize wie Kalt-Heiß oder Süß-Sauer werdendurch sie direkt an die Nervenenden weitergeleitet.Dies führt zu schmerzempfindlichen Zähnen, mitdenen etwa 40% aller Menschen über 40 Jahren zukämpfen haben. Bisherige technische Lösungen zumVerschluss der Dentinkanälchen bedienen sich über-wiegend zahnfremder Materialien, die keinen lang-fristigen Verbund mit dem natürlichen Dentin er-möglichen. Nanit®active bietet hier eine bislangeinzigartige Lösung, da es aus genau den gleichenBestandteilen wie natürliches Zahnmaterial besteht.

Wird Nanit®active mit einer Zahnbürste aufgetragen,so lagert es sich als nanoskalares Kompositmaterialauf der Zahnoberfläche ab und induziert gleichzeitigdie Mineralisation von körpereigenem Apatit aus imSpeichel gelösten Salzen. Wie klinische Studiengezeigt haben, werden die offenliegenden Dentin-kanälchen durch Nanit®active verschlossen und dieSchmerzempfindlichkeit kann so effektiv behandeltwerden. Die Markteinführung des WirkstoffsNanit®active erfolgte im Jahr 2006 in Deutschlandmit der Zahncreme Theramed S.O.S. Sensitiv.

5.4 CINVENTION AG –Drug-Eluting-Beschichtungen

Die CINVENTION AG in Wiesbaden ist ein Techno-logieunternehmen, das nanostrukturierte metalli-sche und kohlenstoffhaltige Kompositmaterialien fürausgewählte Anwendungen in der Medizintechnikund der Bio-Prozesstechnologie entwickelt. Fürmedizinische Implantate wird an so genanntenDrug-Eluting-Beschichtungen gearbeitet, die Wirk-stoffe speichern und kontrolliert an das umgebendeGewebe abgeben können. Die nanostrukturiertenBeschichtungen weisen eine hohe Biokompatibilitätauf und bestehen entweder aus metallischen Mate-rialien oder aus Carbon-Kompositen. Zusätzlich wur-den bioaktive Beschichtungen entwickelt, derenNanostruktur das Einwachsen von Implantaten in dasumliegende Gewebe fördert. Ein weiter gestecktesZiel von CINVENTION ist es, die Beschichtungen mitzusätzlichen Funktionalitäten auszustatten, so dasssie z. B. mit Hilfe von Nanopartikeln wieder aufgela-den werden können oder dass sie sich mit bild-gebenden Verfahren sichtbar machen lassen.

Die Carbon-Kompositbeschichtungen, die vonCINVENTION für Gefäßstützen (Stents) entwickeltwurden, befinden sich bereits in einem fortgeschrit-tenen Entwicklungsstadium und werden derzeit inklinischen Studien getestet. Stents sind kleine röh-renartige Drahtgeflechte, die zur Aufweitung und alsStütze in verengte Herzkranzgefäße eingeführt wer-den. Bei den frühen Stents, die Ende der 80er Jahreverwendet wurden, diagnostizierten Ärzte jedochin fast jedem zweiten Fall eine Wiederverengung(Restenose) der Gefäße. Daher sind Stents entwi-ckelt worden, die Wirkstoffe abgeben, um so eineRestenose zu verhindern. Der CYPHER-Stent war2003 der erste Drug-Eluting-Stent und erwies sichmedizinisch als auch kommerziell als ein großerErfolg. Mittlerweile werden mit Drug-Eluting-StentsUmsätze jenseits der Milliardengrenze erreicht.Jedoch bestehen weiter Probleme, da die Polymer-beschichtungen, in denen dieWirkstoffe derzeit ein-

Links oben:

Offene Dentin-Tubuli

vor der Behandlung.

Links unten:

Geschlossene Dentin-

Tubuli nach 20 Behand-

lungen mit Nanit®active

(Elektronenmikro-

skopische Aufnahmen)

Rechts:

Offenliegende

Dentin-Tubuli im Zahn

(durch Kreis markiert).

© SusTech

gelagert werden, entzündliche Reaktionen hervor-rufen und auch nur 10% bis 20% der im Polymerbefindlichen Wirkstoffe überhaupt freigesetzt wer-den. Hier setzen die nanostrukturierten Carbon-Kompositbeschichtungen von CINVENTION an, dieaus einer micro-porösen glasartigen kohlenstoffhal-tigen Matrix mit eingelagerten pyrolytischem Koh-lenstoff bestehen. Da pyrolytischer Kohlenstoffschon seit mehr als 40 Jahren für Herzklappen ein-gesetzt wird, ist seine hohe Gewebekompatibilitätbereits erwiesen. In Tierversuchen konnte gezeigtwerden, dass die auf Kohlenstoff basierenden Drug-Eluting-Beschichtungen von CINVENTION 100%des Wirkstoffs freisetzen und eine sehr gute Gewe-bekompatibilität aufweisen. CINVENTION verfügtdamit über eine der am weitesten fortgeschrittenenBeschichtungstechnologien in diesem Bereich. Reli-sys, ein Medizintechnikunternehmen aus Hyderabadin Indien, hat einen Lizenzvertrag mit CINVENTIONfür die medizinische Nutzung der neuen Carbon-Komposite abgeschlossen. Ein Drug-Eluting- Stent,der mit einer CINVENTION Carbon-Beschichtungausgestattet ist, wird derzeit von Relysis in klinischenStudien getestet.

5.5 Orthopädische Implantateder Biomet Deutschland GmbH

Die Biomet Deutschland GmbH ist ein Unternehmendes weltweit tätigen Orthopädiekonzerns Biomet,das neben Knochenzementen und Biomaterialienauch hochwertige Endoprothesen für den Gelenk-ersatz entwickelt, herstellt und vertreibt. Am frühe-ren Forschungsstandort Darmstadt wurden auchbiomimetische Beschichtungen für Implantate ent-wickelt, die auf nanokristallinem Hydroxylapatitbasieren.

Implantate werden bereits seit längerem mit Hydro-xylapatit beschichtet, um ihre Biokompatibilität zuerhöhen. Die Schichten, die dabei im so genanntenPlasma-Spray-Verfahren hergestellt werden, habenjedoch eine andere Struktur als natürlicher Apatit.Daher finden unter Einwirkung der Körperflüssig-keiten Auflösungs- und Rekristallisierungsprozessestatt, welche die Stabilität der Beschichtungenbeeinträchtigen können. Darüber hinaus sind dieBeschichtungen so dick, dass die Gefahr besteht,dass sie sich vom Implantat ablösen und damit zueinem mechanischen Versagen der ganzen Endo-prothese führen können. Aus diesen Gründen hatBiomet Deutschland in Zusammenarbeit mit der TUDresden und dem Start-up BoneMaster in Dresden(heute Namos) ein neuartiges elektrochemischgestütztes Verfahren entwickelt, um Hydroxylapatitauf Implantatoberflächen abzuscheiden. In den nurnoch fünf µm dicken Schichten liegt der Hydroxyl-apatit in Nanokristallen vor, die in ihren Eigenschaf-ten den natürlichen Apatitkristalliten des Knochenssehr ähnlich sind. Gleichzeitig erlaubt das Verfahren,Biomoleküle wie Kollagen einzubinden und dieSchichten, z. B. durch die Anbindung von Peptiden,gezielt zu funktionalisieren. Die Vorteile des biomi-metischen Beschichtungskonzeptes konnten in Tier-modellen gezeigt werden. Sowohl Knochendichte,als auch der Knochen-Implantatkontakt waren imVergleich zu herkömmlichen Implantaten bereitsnach einer sehr kurzen Einheilungszeit deutlich bes-ser. Im Rahmen klinischer Studien konnten dieseguten Ergebnisse der so genannten BoneMaster-Beschichtung von Biomet Deutschland bestätigtwerden.

25

Oben: Stent mit Drug-

Delivery-Funktion.

Stents werden ver-

wendet, um verengte

Herzkranzgefäße auf-

zuweiten. Die Wirkstoff-

abgabe dient dazu,

einen Wiederver-

schluss des Gefäßes

zu verhindern.

Mitte: Teilaufnahme

einer Gefäßstütze, die

mit der nanoporösen

Drug-Eluting-Beschich-

tung von CINVENTION

ausgestattet ist

(Balken = 0,5mm).

Unten: Hochaufgelöste

Rasterelektronenmikro-

skopische Aufnahme

der nanoporösen

Beschichtung

(Balken = 5 µm).

© Blue Membranes

26

Eine weitere Möglichkeit, das Einwachsverhalten derImplantate zu verbessern, besteht in der Funktiona-lisierung der Implantatoberfläche mit Peptidse-quenzen. Die RGD-Peptidsequenz (Arginin-Glycin-Aspartat) ist zum Beispiel selektiv für bestimmte Inte-grin-Zellrezeptoren. Die Peptide erfüllen damit nachdem Schlüssel-Schloss-Prinzip eine Bindungsfunk-tion für Knochenzellen, die den korrespondierendenIntegrinrezeptor aufweisen. Zellen, bei denen dasentsprechende Rezeptormuster nicht vorliegt, sindhingegen bei der Adhäsion auf einer entsprechen-den Oberfläche benachteiligt. In Kooperation mitder TU München und der Merck KGaA in Darmstadtwurde von der Biomet Deutschland GmbH ein zykli-sches RGD-Peptid entwickelt, das sowohl direkt aufdie Metalloberfläche von Endoprothesen als auchauf einer BoneMaster-Beschichtung fest gebundenwerden kann. Durch diese Funktionalisierung kanndie Adhäsion von Knochenzellen positiv beeinflusstund damit das Einwachsverhalten von Implantatennoch weiter verbessert werden. Implantate vonBiomet Deutschland, die mit Peptidsequenzen aus-gestattet sind, sollen in Kürze in ersten klinischenStudien getestet werden.

5.6 Knochenersatzmaterialien und Dental-prothesen von Heraeus Kulzer

Heraeus Kulzer ist ein weltweit operierendes Dental-unternehmen, das Zahnärzte und Dentallabors mitinnovativen, aufeinander abgestimmten Komplett-systemen versorgt. Das Spektrum reicht von derKariesvorbeugung über Materialien für Zahnfüllun-gen bis hin zu künstlichen Zähnen und Prothesen-werkstoffen. Ein im Jahr 2003 eingeführtes Produkt,das vomWissen um die nanokristalline Struktur desKnochens profitiert hat, ist Ostim, ein synthetischesKnochenersatzmaterial.

Ostim besteht aus Hydroxylapatit-Nanokristallen, diein Wasser suspendiert sind und so eine direkt appli-zierbare Paste bilden. In herkömmlichen Knochen-ersatzmaterialien wird gesinterter Hydroxylapatitverwendet, der eine sehr geringe Löslichkeit auf-weist, was eine Resorption des Materials nachAufbau von neuem Knochen verhindert. Ostim isthingegen nicht gesintert, so dass Hydroxylapatit hiernanokristallin vorliegt. Die Nanokristalle verleihenOstim eine sehr große spezifische Oberfläche undbieten eine ideale Matrix zur Besiedelung mit kno-chenbildenden Zellen. Aufgrund dieser Eigenschaf-ten stimuliert Ostim die Knochenheilung und wirdso nach und nach vollständig durch körpereigeneKnochensubstanz ersetzt. Eingesetzt wird Ostim vonZahnärzten für verschiedene Indikationen, wieImplantatverankerungen,Wurzelspitzenresektionenoder das Auffüllen von Zysten.

Unter den medizintechnischen Produkten wurden imletzten Jahrzehnt neben den Knochenersatzmateria-lien vor allem Dentalwerkstoffe mit Hilfe von Nano-technologie weiterentwickelt. Nanopartikel werdenzum Beispiel in Zahnfüllern eingesetzt, um ihre opti-schen und mechanischen Eigenschaften zu verbes-sern. So weisen Nanokomposite eine geringere

Rechte Spalte: Ostim, ein

Knochenersatzmaterial

mit Hydroxylapatit-Nano-

kristallen, das vollständig

durch natürlichen

Knochen ersetzt wird.

Linke Spalte, links:

Biomet Taperloc-

Implantat (Teil eines

Hüftimplantates) mit

einer nanokristallinen

Hydroxylapatitbeschich-

tung (BoneMaster-

Beschichtung).

Linke Spalte, rechts:

Rasterelektronenmikro-

skopische Aufnahme

der nanokristallinen

Beschichtung mit typi-

schen Kristallitabmessun-

gen von 300 nm Länge

und 60 nm Durchmesser

(Balken = 1 µm).

© Biomet Deutschland GmbH

© Heraeus Kulzer

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Schrumpfungsrate beim Aushärten auf, haben einehöhere Abriebfestigkeit und bilden den Glanz natür-licher Zähne besser nach als konventionelle Kom-posite. Mittlerweile befinden sich mehrere Nano-technologie-basierte Produkte auf dem Markt,darunter auch die Zahnlinie Mondial von HeraeusKulzer für die Totalprothetik. Aufgrund der Verwen-dung von Materialien mit Nanostruktur konnte dieAbriebsfestigkeit gegenüber konventionellen Pro-thesen um 50% erhöht werden. Das Ergebnis ist einedeutlich längere Lebensdauer der Mondial Zähne.

5.7 Nanopartikel in Knochenzementen beiHeraeus Medical

Knochenzemente werden verwendet, um Prothesenim Knochen fest zu verankern. Durch seine guteVerzahnung und sein Eindringen in die poröse Kno-chenoberfläche wird die Kontaktfläche Zement /Knochen vergrößert und damit seine Lastaufnahme-kapazität wesentlich verbessert. Der Vorteil einerzementierten Prothese besteht somit in der Mög-lichkeit einer frühen Belastung, jedoch sind Revi-sionsoperationen komplizierter im Vergleich zuzementfrei eingesetzten Prothesen. Knochenzementehaben sich auch als Trägermaterial für Antibiotikabewährt, mit denen bakterielle Infektionen beimGelenkersatz verhindert werden können. Für eineZementierung entscheidet man sich daher häufigbei älteren Patienten und Patienten mit einerschwachen Knochenstruktur.

Die Heraeus Medical GmbH, ein Tochterunterneh-men des weltweit tätigen Heraeus Konzerns mit Sitzin Hanau, produziert und vertreibt Knochenzemente,darunter den „Gold Standard“ PALACOS®. Um dieSpitzenposition bei den Knochenzementen haltenzu können, arbeitet Heraeus Medical derzeit daran,mit Hilfe von Nanopartikeln die Applikationseigen-schaften der Zemente weiter zu verbessern. Dabeiwerden drei Hauptzielrichtungen verfolgt: die Ver-besserung des Verarbeitungsverhaltens, der Lang-zeitstabilität und der Wirkstofffreigabe. So kanndurch den Zusatz von Polymer-Nanopartikeln eineerhebliche Beschleunigung des Anquellvorgangesbeim Anmischen des Knochenzementes erreichtwerden. Diese Eigenschaft ist heute von großerBedeutung, weil sich die Operationszeiten deutlichverkürzen lassen und somit Kosten gespart werdenkönnen.

Um die Langzeitstabilität weiter zu verbessern unddas Risiko eines mechanischen Versagens zu mini-mieren wird auch an Zementen gearbeitet, dienanopartikuläre Fasern enthalten. Generell geltenDefekte im Zement, die durch die Agglomerationvon Zusätzen wie Farbstoffen, Wirkstoffen undKontrastmitteln entstehen als eine wichtige Ursachefür vorzeitiges mechanisches Versagen. Um solcheDefekte zu vermeiden, wird hier eine Reduzierungder Partikelgröße auf einige hundert Nanometer alsein wichtiger Lösungsansatz gesehen. Die Verwen-dung nanopartikulärer Wirkstoffpartikel in derZementmatrix hat zudem den Vorteil, dass eine sehrhomogene Verteilung des Wirkstoffs erreicht wirdund so der Wirkstoffgehalt gesenkt werden kann.

Linke Spalte: Die Zahnlinie

Mondial mit verlängerter

Lebensdauer durch Ein-

satz von Nanopartikeln.

Rechte Spalte: Modell

einer mit Knochenzement

verankerten Hüftprothese

(© Heraeus Kulzer, Hanau).

Links: Knochenzement

mit mikroskaligem

Röntgenkontrastmittel

(Balken = 5 µm).

Rechts: Knochenzement

mit nanopartikulärem

Röntgenkontrastmittel

(Balken = 5 µm).

© Heraeus Kulzer

© Prof. A. Bellare, Brigham and Women’s Hospital

6 Forschungsprogramme, Netzwerkeund Finanzierungsmöglichkeiten

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Forschungsprogramme

Deutschland gehört mit Japan und den USA zu denersten Ländern, die fokussierte Förderprogrammezur Nanomedizin aufgelegt haben und in diesemTechnologiefeld eine Vorreiterrolle spielen. Die Leit-innovation NanoforLife ist eine vierjährige Förder-maßnahme des Bundesministeriums für Bildung undForschung, in der ausgewählte Projekte zu denAnwendungsbereichenWirkstofftransport, Medizin-technik und In-vivo-Diagnostik gefördert werden.Die Projekte haben dabei Leuchtturm-Charakter,um so weitere Nanomedizin F&E-Aktivitäten in derIndustrie zu katalysieren. Die Mittel für die Maß-nahme belaufen sich auf 30 Millionen Euro Förder-mittel und einer Koinvestition der Industrie in glei-cher Höhe. Nach Abschluss der Förderprojekte imJahr 2009 ist die Auflage einer Nachfolgemaß-nahme geplant. Eine thematisch etwas breiter ange-legte Maßnahme ist der Förderschwerpunkt Nano-biotechnologie, der im Jahr 2000 aufgelegt wurdeund mit einem Budget von 50 Millionen Euro biszum Jahr 2009 ausgestattet ist. Neben Anwendun-gen der Nanotechnologie in der Medizin werden indieser Maßnahme auch Projekte zu technischenAnwendungen der Nanobiotechnologie, wie analy-tische Verfahren und bioelektronische Systemegefördert. Weiterhin wurde im Herbst 2005 die För-derbekanntmachung „NanoChance“ veröffentlicht,die darauf abzielt, die Marktetablierung kleinererF & E-intensiver Nanotechnologie-Unternehmen zuunterstützen. Gefördert werden dabei Unternehmen,die auf dem Gebiet der Nanotechnologie tätig sindbzw. ihr Geschäftsfeld durch den Einsatz von Nano-technologie erweitern und stärken wollen. Das Pro-gramm ermöglicht Einzel- oder Verbundprojekteunter Beteiligung mehrerer KMU sowie Forschungs-einrichtungen. Großunternehmen sind als „Paten“zugelassen. 2007 wurde die zweite Förderrunde vonNanoChance vom BMBF bekannt gegeben.Informationen: www.nanochance.com.

In Hessen können Nanotechnologie-Unternehmenaußerdem im Rahmen der Innovationsförderung /Modellprojekte des Hessischen Ministeriums fürWirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung bezu-schusst werden. Das von der Hessen Agentur als Pro-jektträger betreute und aus EU-Mitteln kofinanzierteTechnologieprogramm kann von kleinen und mittle-ren Unternehmen mit Sitz in Hessen genutzt werden,

die Nanotechnologien entwickeln oder für Produkt-bzw. Verfahrensinnovationen applizieren wollen.Gefördert werden Einzel- oder Verbundprojektesowie Technologietransferprojekte mit Hochschulenund Forschungseinrichtungen. Projekte im BereichNanomedizin und Pharma gehören zum Förder-schwerpunkt der Maßnahme.Informationen: www.hessen-agentur.de.

Auf der europäischen Ebene wird Nanotechnolo-gieforschung im 7. Rahmenprogramm im Themen-feld “Nanosciences, nanotechnologies, materials& new production technologies (NMP)“ gefördert.Über die gesamte Laufzeit des Programmes von2007-2013 ist ein Fördervolumen für dieses The-menfeld von 3,5 Mrd. Euro vorgesehen. Eine wich-tige Netzwerk-Aktivität auf europäischer Ebene imBereich Nanomedizin ist die Einrichtung der Euro-päischen Technologieplattform Nanomedizin, dievon europäischen Wissenschaftlern und Unterneh-men organisiert wird. Die Plattform ist im September2005 offiziell gegründet worden und entwickelt seit-dem ein strategisches Wissenschaftsprogramm fürdie Nanomedizin. Die Europäischen Technologie-plattformen, die bislang zu 23 Themen eingerichtetwurden, haben zum Ziel, die Kooperation zwischenIndustrie und Universitäten zu fördern und For-schungsbedarfe zu formulieren, die bei der Gestal-tung der europäischen ForschungsprogrammeBerücksichtigung finden sollen.

Regionale Aktivitäten und Netzwerkein der Nano-Medizin

Als Querschnittstechnologie ist die Nanotechnolo-gie deutlich weniger sichtbar als dies für andereTechnologien, wie beispielsweise die Biotechnolo-gie oder die Mikrosystemtechnik, der Fall ist. Auchspielt Nanotechnologie in fast allen Bereichen derNatur- und Ingenieurswissenschaften eine Rolle. Esbesteht daher ein besonderer Bedarf, Aktivitäten zurNanotechnologie an den Universitäten interdis-ziplinär zu koordinieren und den Technologietrans-fer von der Wissenschaft in die Unternehmen zufördern. Dazu sind in Hessen eine Reihe von Aktivi-täten gestartet worden:

KONTAKTwww.hessen-nanotech.de

a Hessisches Ministerium für Wirtschaft,Verkehr und LandesentwicklungSebastian HummelKaiser-Friedrich-Ring 7565185 WiesbadenTelefon 0611 815 -2471Telefax 0611 815 -492471sebastian.hummel@hmwvl.hessen.dewww.wirtschaft.hessen.de

a HA Hessen Agentur GmbHAlexander Bracht (Leiter)Markus LämmerAktionslinie Hessen-NanotechAbraham-Lincoln-Straße 38–4265189 WiesbadenTelefon 0611 774-8614oder 0611 774-8664Telefax 0611 774-8620Alexander.bracht@hessen-agentur.dewww.hessen-agentur.de

KONTAKTwww.hessen-biotech.de

a Hessisches Ministerium für Wirtschaft,Verkehr und LandesentwicklungJens KrügerKaiser-Friedrich-Ring 7565185 WiesbadenTelefon 0611 815 -2493Telefax 0611 815 -492493jens.krueger@hmwvl.hessen.dewww.wirtschaft.hessen.de

a HA Hessen Agentur GmbHDr. Detlef Terzenbach (Leiter)Aktionslinie Hessen-BiotechAbraham-Lincoln-Straße 38–4265189 WiesbadenTelefon 0611 774-8613oder 0611 774-8646Telefax 0611 774-8620detlef.terzenbach@hessen-agentur.dewww.hessen-agentur.de

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Im Jahr 2005 startete das Hessische Ministerium fürWirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung dieAktionslinie Hessen-Nanotech. Mit der AktionslinieHessen-Nanotech werden die hessenweiten wirt-schafts- und technologiebezogenen Aktivitäten in derNanotechnologie und den materialbasierten Tech-nologien gebündelt und koordiniert. Ziel der Aktions-linie ist es, die hessischen Kompetenzen in der Nano-technologie und in den angrenzenden Technolo-giebereichen wie der Material- und Oberflächen-technologie, Mikrosystemtechnologie und OptischeTechnologien national sowie auch internationaldarzustellen. Durch Technologie- und Standortmar-keting sowie der Förderung der Netzwerkbildung,soll die internationale Wettbewerbsfähigkeit undInnovationskraft der hessischen Wissenschaft undWirtschaft gestärkt werden. Die Aktionslinie Hessen-Nanotech unterstützt dabei insbesondere auch dieVernetzung von Technologie-Anbietern und -Anwen-dern. Im besonderen Fokus stehen die in Hessenstark ausgeprägten Anwendungsbereiche Automo-tive, Chemie, Pharma, Biotechnologie und Medizin-technik, Umwelt und Energie und Informations- undKommunikationstechnologie. An den Schnittstellenzu den Nanowissenschaften arbeitet die AktionslinieHessen-Nanotech mit dem NanoNetzwerkHessenzusammen. Projektträger der Aktionslinie Hessen-Nanotech des hessischen Wirtschaftsministeriums istdie landeseigene HA Hessen Agentur.

Die Aktionslinie Hessen-Biotech ist eine Maßnahmedes Hessischen Ministeriums für Wirtschaft, Verkehrund Landesentwicklung zur Technologie- undWirtschaftsförderung. Sie bildet seit 1999 die zen-trale Informations-, Kommunikations- und Koopera-tionsplattform für den Life Science-Bereich in Hes-sen. Zu den Zielen von Hessen-Biotech gehört es,innovative Anwendungen schneller und breiter inden Markt zu bringen, dieWettbewerbsfähigkeit derhessischen Life Science-Unternehmen in Biotech-nologie, Pharma und Medizintechnologie zu stärkenund die Leistungsfähigkeit des Standorts Hessenbekannt zu machen. Leistungsangebote von Hessen-Biotech sind deshalb insbesondere die Informa-tionsvermittlung, der Technologie- und Wissens-transfer, die Erfassung und Darstellung wirtschaft-licher und wissenschaftlicher Potenziale, die Koope-rationsvermittlung und Netzwerkbildung sowie nichtzuletzt das Standortmarketing für den Life Science-Standort Hessen und seine innovativen Unter-nehmen. Damit bildet die Aktionslinie Hessen-Bio-tech die Schnittstelle der Branche zwischen Wirt-schaft, Wissenschaft, Politik und Verwaltung in Hes-sen. Projektträger der Aktionslinie Hessen-Biotechdes hessischen Wirtschaftsministeriums ist dieHA Hessen Agentur.

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Das NanoNetzwerkHessen (NNH) wurde mit Unter-stützung der Hessischen Landesregierung von denfünf Universitäten und den fünf Fachhochschulen desLandes im März 2004 etabliert, um auf der Grund-lage einer Kooperationsvereinbarung eine engeinnovationsorientierte Zusammenarbeit im Bereichder Nanowissenschaften zu starten. Die InitiativeNNH zielt darauf ab, die vorhandenen Kompetenzenan hessischen Hochschulen zu bündeln, Kooperatio-nen zu initiieren und den Nanotechnologie-StandortHessen weiter auszubauen. Koordinator des Nano-NetzwerkHessen ist die Universität Kassel.

Forscherinnen und Forscher aus den DisziplinenPhysik, Chemie, Biologie, Pharmazie, Medizin,Materialwissenschaften und den verschiedenstenFächern der Ingenieur- und sogar Geisteswissen-schaften arbeiten an hessischen Hochschulen aufGebieten der Nanowissenschaften. Gerade dieseDurchdringung klassischer Disziplinen verstärktganz wesentlich das Innovationspotenzial dieserWissenschaft und bietet in Hessen ausgezeichneteAusgangsbedingungen für Kooperationen.

Die Technologien, die heute an hessischen Hoch-schulen vertreten sind, sind breit gefächert und rei-chen von nanoskaligen und nanostruktuiertenWerk-stoffen, Nanosystemtechnik über Nanomedizin,Nanomaterialchemie, Nanobiotechnologie bis hinzur Nanoanalytik. Forschungs- und Entwicklungs-aufgaben in diesen Feldern bereits im vorwettbe-werblichen Bereich gemeinsam mit Wissenschaft-lern, Entwicklern und Anwendern zu betreiben unddamit Akteure, Ressourcen und Aktivitäten zusam-menzuführen, eröffnet den Netzwerkpartnern nichtnur die Erschließung komplementärer Ressourcen,sondern verbindet auch Wissenschaft deutlicher alsbisher mit wirtschaftlicher Anwendung und trägtdamit zu einer schnelleren Umsetzung von nano-technologischem Wissen in Produkte, Produktions-verfahren und Dienstleistungen bei.

Im TechnologieTransferNetzwerk (TTN-Hessen) habensich seit 2001 die hessischen Hochschulen und dieführenden Wirtschaftsverbände zusammenge-schlossen, um das vorhandene Angebot zurFörderung des Wissens- und Technologietransfersmiteinander zu vernetzen und mittelständischenUnternehmen den Zugang zum wissenschaftlichenund technologischen Potenzial der Hochschulen undForschungseinrichtungen zu erleichtern.

Um dieses Ziel gerade im Bereich der Nanotech-nologie umsetzen zu können, arbeitet das TTN-Hessen eng mit seinen Netzwerkpartnern sowie denAktionslinien Hessen-Nanotech und Hessen-Biotechzusammen. Typische Beispiele für diese Zusammen-arbeit sind gemeinsam durchgeführte Unterneh-mensbefragungen und technologieorientierte Ver-anstaltungen.

Bei der IHK-Innovationsberatung Hessen in Darm-stadt, Gießen, Fulda, Kassel und Offenbach wurdenregionale Beratungsstellen für Technologietransfereingerichtet. Sie haben die Aufgabe aktiv auf dieUnternehmen zuzugehen und Hilfestellung beimZugang zum anwendungsorientierten Know-howder Hochschulen anzubieten. Begleitend steht unterwww.ttn-hessen.de eine gemeinsame Plattform zurVermarktung von Kooperationsangeboten der Hoch-schulen zur Verfügung.

Unter dem Dach des TTN-Hessen haben sich diehessischen Hochschulen zur gemeinsamen Patent-Verwertungsoffensive HIPO zusammengeschlossen.Sie betreut Erfinder bei Schutzrechtsanmeldungenund Verwertungsverträgen auch auf dem Gebiet derNanotechnologie (siehe unten).

Das TTN-Hessen wird unterstützt und kofinanziertdurch die hessischen Ministerien für Wirtschaft undfür Wissenschaft, die HA Hessen Agentur GmbH(Geschäftsstelle), die Arbeitsgemeinschaft hessi-scher IHKs und den Europäischen Sozialfonds (ESF).

KONTAKTwww.nanonetzwerkhessen.de

a Dr. Beatrix KohnkeLeitung der GeschäftsstelleMönchebergstraße 1934109 KasselTelefon 0561 804-2219Telefax 0561 804-2226

KONTAKTwww.ttn-hessen.de

a HA Hessen Agentur GmbHDr. Gerrit StratmannLeiter der Geschäftsstelle TTNAbraham-Lincoln-Straße 38–4265189 WiesbadenTelefon 0611 774-8691Telefax 0611 774-58691gerrit.stratmann@hessen-agentur.dewww.hessen-agentur.de

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Seit Anfang der 80er Jahre bieten die hessischenIndustrie- und Handelskammern einen besonderen,kostenfreien Service, um Unternehmen bei ihrenInnovationsanstrengungen zu unterstützen: die IHK-Innovationsberatung Hessen.

In einer Zeit, in der Technologie- und Marktverände-rungen immer kürzere Innovationszyklen vorgeben,bietet das Kompetenzzentrum insbesondere kleinenund mittelständischen Unternehmen seinen unter-nehmens- und praxisnahen Service an. Die IHK-Inno-vationsberatung ist neutraler Informationsmaklerund begleitet aktiv die Vernetzung und Cluster-bildung von technologieorientierten Unternehmenund Forschung.

Neben konkreten Innovationshilfen, wie beispiels-weise einer individuellen Beratung sowie Publika-tionen, fördern die hessischen IHKs den intensivenAustausch zwischen Vertretern aus Wirtschaft, Wis-senschaft und Politik durch technologie- und bran-chenorientierte Veranstaltungen. Ein besondererFokus liegt seit 2004 auf der Nanotechnologie undderen Potenziale für die Wirtschaft. So wurdegemeinsam mit den regionalen Beratungsstellendes TechnologieTransferNetzwerk Hessen und demWirtschaftsministerium eine Veranstaltungsreiheaufgelegt, welche die Einsatz- und Anwendungs-möglichkeiten der Nanotechnologie in verschiede-nen Branchen näher beleuchtet. Die Themen gehenvon „Nanotechnologie im Auto von morgen“ über„Nanotechnologie in der Medizintechnik“ bis hin zur„Nano-Elektronik“ und „Nano-Oberflächentechnik“.

HIPO – Professionelle Patentverwertung in Hessen.2002 hat die Landesregierung eine Patentinitiativegestartet, um zum einen Erfindungen und Schutz-rechtsanmeldungen an Hochschulen zu fördern undzum anderen den Transfer wissenschaftlicher Erkennt-nisse in die wirtschaftliche Praxis zu steigern. Zudiesem Zweck wurde gemeinsam mit den Hoch-schulen das Projekt HIPO (Hessische IntellectualProperty Offensive) ins Leben gerufen. Dahinterverbirgt sich ein Verbund der drei Patent- und Ver-wertungsagenturen INNOVECTIS GmbH (Frankfurt),TransMIT GmbH (Gießen) und GINo GmbH (Kassel).Diese übernehmen nicht nur die Bewertung und denSchutz, sondern auch die Vermarktung der For-schungsergebnisse aus den Hochschulen – so auchaus dem Bereich der Nanotechnologie.

KONTAKTwww.hipo-online.net

a TransMIT, Gesellschaft fürTechnologietransfer mbH, Gießen

Dr. Peter StumpfKerkrader Straße 335394 GießenTelefon 0641 94364 -12Telefax 0641 94364 -99stumpf@transmit.dewww.transmit.de

a INNOVECTIS, Gesellschaft für innovativeTechnologien und FuE-Dienstleistungender Johann Wolfgang Goethe-UniversitätFrankfurt am Main mbH

Dr. Otmar SchöllerAltenhöferalle 160438 Frankfurt am MainTelefon 069 798 -49721Telefax 069 798 -49717info@innovectis.dewww.innovectis.de

a GINo, Gesellschaft für InnovationNordhessen mbH

Dr. Heike KrömkerGottschalkstraße 2234127 KasselTelefon 0561 804 -1984Telefax 0561 804 -1986kroemker@gino-innovativ.dewww.gino-innovativ.de

KONTAKTwww.itb-hessen.de

a IHK-Innovationsberatung HessenDetlev OsterlohBörsenplatz 460313 Frankfurt am MainTelefon 069 2197-1219Telefax 069 2197-1484d.osterloh@frankfurt-main.ihk.de

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Finanzierungsmöglichkeiten

Entscheidend für die Umsetzung neuer Ideen in Pro-duktentwicklungen ist die Verfügbarkeit von Kapitalin den verschiedenen Phasen der Unternehmensen-twicklung. Im Vergleich zu Amerika gilt die deutscheNanotechnologie-Start-up-Szene als unterfinanziert.Insgesamt ist es aber wohl weltweit schwierigergeworden, Kapital für Unternehmensgründungen zuakquirieren, zumindest verglichen mit den späten90er Jahren, als die dot.com Blase ihren Höhepunkterreichte. In Deutschland gibt es eine Reihe von Ven-ture Kapitalgesellschaften, die im Bereich Nano-technologie tätig sind, wie z. B. die Nanoventure AG,Peppermint oder Lux Capital. In einschlägigenForen, wie dem Techportal Nanotechnologie, demNanoforum oder der Internetplattform www.nanotech-hessen.de sind diese Kapitalgeber aufgeführt. Einesder bekannten Unternehmen in Europa im BereichNanotechnologie und Investments ist die NanostartAGmit Sitz in Frankfurt. Als Nanotechnologie-Beteili-gungsgesellschaft investiert sie in junge und auf-strebende Nanotechnologie-Unternehmen auch mitder Zielrichtung, künftige Börsengänge vorzuberei-ten. Die Equinet AG und die Creathor Venture sindzwei weitere hessische Unternehmen, die im BereichNanotechnologie Investitionen tätig sind.

Die Equinet AG ist eine Investmentbank im Small-und Midcap-Segment, die Finanzkonzepte für Unter-nehmer und Investoren erarbeitet mit einem Fokusauf den Bereichen IT, Biotechnologie und Quer-schnittstechnologien wie Nanotechnologie. DieCreathor Venture in Bad Homburg ist ein VentureUnternehmen mit Konzentration auf schnell wach-sende Märkte wie IT, Nanotechnologie und denmedizinischen Sektor. Neben der Finanzierung wer-den die Unternehmen zumeist auch in operativenund strategischen Managemententscheidungenunterstützt. Als „betreuende Investoren“ verstehensich auch die Business Angels, die z.B. im BusinessAngels Netzwerk Frankfurt / Rhein-Main organisiertsind (www.ba-frm.de). Sie engagieren sich als privateRisikokapitalgeber in der Regel in der frühen Phasebei der Planung und Gründung eines Unter-nehmens. Zur Innovationsfinanzierung bestehenderUnternehmen in Hessen bereitet das HessischeWirtschaftsministerium ein Förderprogramm vor(www.nanotech-hessen.de). Damit soll insbesonderekleinen und mittleren Unternehmen die Grundlagefür Innovation, Produktentwicklung und Marktein-führung gestärkt werden.

© AQUANOVA German SolubilisateTechnologies (AGT) GmbH

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Bundesverband Medizintechnologie e.V.

Der BVMed vertritt als Wirtschaftsverband über 200Industrie- und Handelsunternehmen der Medizin-technologiebranche, darunter die 20 weltweit größ-ten Medizinproduktehersteller im Verbrauchsgüter-bereich. Der BVMed will zur Fortentwicklung einesleistungsstarken Gesundheitswesens beitragen, in-dem er sich für eine zweckmäßige, bedarfsgerechteund wirtschaftliche Versorgung der Patienten mitqualitativ hochwertigen Medizinprodukten untermarktwirtschaftlichen Bedingungen einsetzt. Nachaußen – gegenüber Politik und Öffentlichkeit – ver-tritt der BVMed die Interessen der Mitgliedsunter-nehmen durch Information und Öffentlichkeitsarbeitsowie durch Mitgestaltung von Gesetzen, Richtlinienund Standards.

Stellungnahme des BVMed zu Anwendungender Nanotechnologie in der Medizintechnik

Nanotechnologien in der Medizin sind ein Beispielinnovativer Technologien in der Gesundheitsversor-gung der Zukunft. Insbesondere für kleine und mitt-lere Unternehmen tun sich verlockende Entwick-lungsmöglichkeiten auf. Völlig neue und verbesserteProdukte und Verfahren könnten in naher Zukunftdie Erkennung und Verhütung von Krankheitenbeschleunigen, die Belastung der Patienten senkenund das Gesundheitssystem finanziell entlasten.

Neben der Diskussion der faszinierenden Nutzen-potenziale hat die Auseinandersetzung der Fach-leute darüber eingesetzt, welche Risiken mit derAnwendung der Nanotechnologie verbunden seinkönnten. Für Medizinprodukte gilt: Sie dürfen nurnach einer umfassenden Bewertung von Risiko undNutzen in Verkehr gebracht werden.

In diesem Zusammenhang wird auch die Fragegestellt, ob Nanomaterialien einer gesondertengesetzlichen Regelung bedürfen. Da sich die An-wendung von Nanotechnologien häufig an derSchnittstelle verschiedener Disziplinen vollzieht,könnte es – ähnlich wie bei der Anwendung vonVerfahren der regenerativen Medizin – zu Rechts-unsicherheit kommen. Aus diesem Sachverhaltleiten sich für die Medizintechnologie-Industrie diefolgenden Aussagen ab:

a Die Möglichkeiten für Forschung und Entwick-lung der Nanotechnologie in der Medizin amStandort Deutschland müssen gefördert werden.

a Für die forschenden und produzierendenUnternehmen müssen Rechtssicherheit undRechtsklarheit gewährleistet sein.

a Es muss sichergestellt werden, dass europaweitgleiche Anforderungen bestehen.

a Medizinprodukte sind sicher; sie werden nurnach einer umfassenden Bewertung von Risikound Nutzen in Verkehr gebracht.

a Die Einführung innovativer Produkte der Nano-medizin darf nicht durch restriktive Erstattungs-regelungen der Krankenkassen blockiert werden.

7 Verbände aus der Pharma- und Medizin-technikindustrie zu Anwendungen derNanotechnologie in der Medizin

a BVMed – Bundesverband Medizintechnologie e. V.Reinhardtstraße 29 b, 10117 BerlinTelefon 030 246255-0Telefax 030 246255-99

www.bvmed.de

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a BPI Bundesverband derPharmazeutischen Industrie e. V.Friedrichstraße 148, 10117 BerlinTelefon 030 27909-0Telefax 030 27909-361

www.bpi.de

Bundesverband der PharmazeutischenIndustrie e.V.

Der Bundesverband der Pharmazeutischen Industriee.V. (BPI) vertritt das breite Spektrum der pharma-zeutischen Industrie auf nationaler und interna-tionaler Ebene. Über 250 Unternehmen mit etwa74.000 Mitarbeitern haben sich im BPI zusammen-geschlossen. Das Spektrum erstreckt sich von klassi-schen Pharma-Unternehmen und Pharma-Dienst-leistern bis hin zu Unternehmen aus dem Bereichder Biotechnologie, der pflanzlichen Arzneimittelund der Homöopathie. Ziel des BPI ist es, dasGesundheitswesen zukunftsweisend weiterzuent-wickeln. So beteiligt er sich intensiv an der gesund-heitspolitischen Reformdiskussion. Um sicher zustellen, dass Patienten die für sie notwendigen Medi-kamente und Therapien erhalten, setzt sich derVerband für die Sicherung der Vielfalt qualitätsori-entierter Arzneimittel aller Therapierichtungen ein.Hierzu befindet sich der BPI im kontinuierlichen Dia-log mit anderen Partnern des Gesundheitswesensund der Öffentlichkeit.

Stellungnahme des BPI zu Anwendungen derNanotechnologie in der Pharmaindustrie

Aufgabe der pharmazeutischen Industrie ist es,den Patienten wirksame und sichere Arzneimittelzur Verfügung zu stellen. Dabei stellen sich dieUnternehmen dem globalen Innovationswettbe-werb und investieren erhebliche Beträge in F & E.Nachdem Bio- und Gentechnologie bei der Ent-wicklung neuer Therapien nicht mehr wegzuden-ken sind, kommen heute Erfolg versprechendeAnsätze für neue und verbesserte Diagnose- undTherapiemöglichkeiten aus dem ForschungsfeldNanotechnologie hinzu. Die Nanobiotechnologieträgt dazu bei, biologische und biotechnologischeProzesse zu unterstützen und zu kontrollieren. Sowerden Medikamente mit z. B. verlängerter odergezielterer Wirksamkeit resultieren, Wirkstoffewerden schneller zum Wirkort gelangen und siewerden auf dem Weg dorthin besser geschütztwerden. Im diagnostischen Bereich wird mit wei-terer Miniaturisierung gerechnet, um kleinsteProben schnell zu untersuchen.

Diese neuen Ansätze werden gerade auch von mit-telständischen pharmazeutischen Unternehmenaufgegriffen werden, da es dabei häufig um we-sentliche Verbesserungen vorhandener Arzneimit-tel geht. Hier werden sich ganz neue Koopera-tionsmöglichkeiten für Gruppen von Nanowis-senschaftlern, jungen Nano-Biotechunternehmenund innovativen mittelständischen pharmazeuti-schen Unternehmen bieten.

Der BPI steht diesen neuen Ansätzen sehr positivgegenüber, bietet doch der Einsatz der Nanobio-technologie bei Arzneimitteln einen erhöhtenNutzen für die Patienten. Die innovativen Unter-nehmen des BPI sind sehr interessiert den wissen-schaftlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Nano-biotechnologie zu nutzen und damit einen Beitragzur Gesundheit der Bevölkerung und zum Wachs-tum des Forschungs- und WirtschaftsstandortsDeutschlands und insbesondere auch Hessens zuleisten.

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Verband ForschenderArzneimittelhersteller e.V.

Der Verband Forschender Arzneimittelhersteller e.V.(VFA) vertritt die Interessen von 39 weltweit führen-den forschenden Arzneimittelherstellern und über100 Tochter- und Schwesterfirmen in der Gesund-heits-, Forschungs- und Wirtschaftspolitik. Die Mit-glieder des VFA repräsentieren mehr als zwei Dritteldes gesamten deutschen Arzneimittelmarktes undbeschäftigen in Deutschland rund 86.000 Mitar-beiter. Mehr als 14.500 ihrer Mitarbeiter sind inDeutschland für die Erforschung und Entwicklungvon Arzneimitteln tätig. Allein in Deutschlandinvestieren die forschenden Arzneimittelherstellerjährlich über 3,9 Milliarden Euro in die Arzneimit-telforschung für neue und bessere Medikamente.

Stellungnahme des VFA zum Einsatz der Nano-technologie in der pharmazeutischen Industrie

Nach der Etablierung der Gen- und Biotechnologieverspricht zu Beginn des 21. Jahrhunderts diejunge Forschungsrichtung der Nanobiotechno-logie große Fortschritte in den Lebenswissen-schaften. Deutschland ist derzeit weltweit führendin diesem Forschungsbereich. Die Nanobiotech-nologie birgt das Potenzial, die Diagnose- undTherapiemöglichkeiten für bisher nicht oder nichtausreichend behandelbare Erkrankungen weiter zuverbessern. Der VFA spricht sich daher dafür aus,dieses Potenzial zum Wohle der Patienten auszu-schöpfen und die hier vorhandene Technologie-führerschaft systematisch weiter auszubauen. DieForschung und Entwicklung in diesem Forschungs-zweig muss ammedizinischen Nutzen ausgerichtetund von den Kriterien der Sicherheit und Wirk-samkeit für den Anwender geleitet sein. SpezielleGefahren oder Probleme im Hinblick auf ethische,rechtliche oder soziale Belange werden im medi-zinisch-pharmazeutischen Bereich nicht gesehen,zumal das Arbeiten mit kleinen Partikeln hier be-reits schon lange üblich ist. Im öffentlichen Dialogsollten die großen Chancen der Nanobiotechnolo-gie und die bereits den Patienten zugute kom-menden Anwendungen der Nanobiotechnologieherausgestellt werden, um Verständnis für dieseneue Technologie auf breiter gesellschaftlicherBasis zu wecken und Ängsten und Vorbehaltenvorzubeugen. Dabei sollte eine deutliche Abgren-zung zu den möglichen bzw. spekulativen Risikender Nanotechnologie im Allgemeinen vorgenom-men werden. Dies würde wesentlich dazu beitra-gen, die Chancen, die die Nanobiotechnologie fürdie Patienten, die Forschung, den wissenschaft-lichen Fortschritt, die öffentliche Gesundheit undauch für den Forschungs- und WirtschaftsstandortDeutschland bieten, optimal zu nutzen.

a VFA Verband ForschenderArzneimittelhersteller e. V.Hausvogteiplatz 13, 10117 BerlinTelefon 030 20604-0Telefax 030 20604-222

www.vfa.de

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ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- undElektronikindustrie e.V.

Der ZVEI vertritt die wirtschafts-, technologie- undumweltpolitischen Interessen der deutschen Elek-troindustrie auf nationaler, europäischer und inter-nationaler Ebene. Er fördert die Entwicklung undden Einsatz neuer Technologien durch Vorschlägezur Forschungs-, Technologie- und Umweltschutz-politik. Die einzelnen Zweige der Elektroindustriewerden durch die 24 Fachverbände des ZVEI reprä-sentiert. Im Fachverband Elektromedizinische Tech-nik sind die Hersteller elektromedizinischer Geräteorganisiert, um ihre Interessen auf den GebietenWirtschaft, Technik und Normung gegenüber denpolitischen Entscheidungsträgern und dem gesell-schaftlichen Umfeld zu vertreten.

Stellungnahme des ZVEI Fachverbands Elektro-medizinische Technik zum Einsatz der Nanotech-nologie in der Medizintechnik

Die deutsche medizintechnische Industrie stellt seitJahrzehnten immer neue technische Möglichkeitenfür Diagnose und Therapie in der Medizin zur Verfü-gung. Diese Innovationen erlauben eine bessere undschnellere Diagnostik und sind in der Regel für denPatienten weniger belastend. Deutsche Unterneh-men, auch aus dem Bereich der kleinen und mittel-ständischen Unternehmen, gehören international zuden leistungsfähigsten Anbietern, weil sie mit durch-schnittlich 8 bis 10% des Umsatzes überdurchschnitt-lich viel in F & E investieren und innovative Technolo-gien zügig in bestehende Produkte integrieren oderzur Entwicklung neuer Produkte nutzen.

Die Anwendung von Nanotechnologien eröffnet derdeutschen Medizintechnik hier neue Wege undMöglichkeiten. Nanotechnologien haben das Poten-zial, den Einsatz und die Wirkungsweise von Medi-zintechnik weit über die bloße Miniaturisierung hin-aus zu verändern. Beispiele sind spezielle Ober-flächen oder Materialien in der Chirurgie, neueWege zur bildgebenden Diagnostik auf der mole-kularen Ebene oder neue Therapiemöglichkeitendurch die gezielte Freisetzung von Arzneimitteln aufBasis von speziellen Trägerstoffen. Aus heutigerSicht zeichnet sich eine stärkere interdisziplinäreZusammenarbeit von Medizintechnik, Pharmazieund Biologie ab. Erste Anwendungen bei derBekämpfung von Krebs und Herz-Kreislauf-Erkran-kungen oder in der Neurologie zeichnen sich ab.

Die Unternehmen der deutschen Medizintechnikwerden innovative Technologien, wie schon andereInnovationen in der Vergangenheit, zügig zur Anwen-dung bringen. Notwendig ist aber eine stärkere Ver-netzung zwischen Forschergruppen und jungenUnternehmen aus dem Nanotechnologiebereich undden Herstellern von Medizintechnik in Deutschland.

Der ZVEI wird deshalb den Informationsaustauschzwischen den Beteiligten aktiv unterstützen. DerEinsatz von Nanotechnologien bietet die Chance,die Qualität und Effizienz der Gesundheitsver-sorgung und die Wettbewerbsfähigkeit der deut-schen Industrie weiter zu verbessern.

a ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- undElektronikindustrie e. V.Fachverband Elektromedizinische TechnikLyoner Straße 9, 60528 Frankfurt am MainTelefon 069 630-2206, Telefax 069 630-2390

www.zvei.de/medtech/index.htm

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8.1 Glossar

a Genomik

In der Genomik wird die Gesamtheit der Erbinfor-mation eines Lebewesens, das Genom, auf seineStruktur und Funktion hin untersucht. Die systema-tische Analyse der Gene und ihrer Expression in Pro-teine stellen die Grundlage für die Entwicklungvieler neuer Medikamente, Diagnoseverfahren undTherapien dar.

a Molekulare Diagnostik

Das Ziel der Molekularen Diagnostik ist es, krank-hafte molekulare Veränderungen auf Zellebene zuerkennen, um Krankheiten frühzeitiger zu diagnos-tizieren und Therapien besser kontrollieren zu kön-nen. Nanotechnologie spielt in der molekularenDiagnostik eine Rolle, da mit ihrer Hilfe z. B. dieSensitivität der Kontrastmittel und ihre Verteilung imKörper optimiert werden kann.

a Nanobiotechnologie

Nanobiotechnologie bezeichnet den Einsatz derNanotechnologie an der Schnittstelle zur Biologieund den Life Sciences. In der Nanobiotechnologiewerden dieWerkzeuge der Nanotechnologie einge-setzt, um biologische Systeme zu verstehen und zukontrollieren und es werden biologische Materialienund Prinzipien genutzt, um neue Werkstoffe undtechnische Systeme herzustellen.

a Nanomedizin

Nanomedizin bezeichnet den Einsatz der Nanotech-nologie in der Medizin für die Diagnose, das Moni-toring und die Behandlung von Krankheiten. Nano-medizin ist damit eine Unterklasse der Nanobiotech-nologie und stellt derzeit das Anwendungsfeld derNanobiotechnologie mit dem höchsten wirtschaft-lichen Potenzial dar. Da sich bestimmte Eigen-schaften, wie die Durchdringung von Gewebe oderdie Wechselwirkung mit Zellen, bereits auf der sub-mikrometer Skala signifikant ändern, werden in derNanomedizin meist Objekte und Systeme mit einerGröße von bis zu 1000 nm eingeschlossen.

a Nanotechnologie

Nanotechnologie beschreibt die Herstellung, Unter-suchung und Anwendung von Strukturen, moleku-laren Materialien, inneren Grenz- und Oberflächenmit mindestens einer kritischen Dimension oder mitFertigungstoleranzen (typischerweise) unterhalb 100Nanometer. Entscheidend ist dabei, dass allein ausder Nanoskaligkeit der Systemkomponenten neueFunktionalitäten und Eigenschaften zur Verbesse-rung bestehender oder Entwicklung neuer Produkteund Anwendungsoptionen resultieren. Diese neuenEffekte und Möglichkeiten sind überwiegend im Ver-hältnis von Oberflächen- zu Volumenatomen und imquantenmechanischen Verhalten der Materiebau-steine begründet.

a Proteomik

Proteomik bezeichnet die Erforschung des Proteoms,d. h. der Gesamtheit aller in einer Zelle exprimiertenProteine.Wesentliche Teilgebiete sind die Identifika-tion der Proteine innerhalb der Zelle, die Aufklärungder räumlichen Struktur der Proteine und die Analyseder Protein-Protein-Wechselwirkungen.

8 Anhang

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Analytik

Prof. Fendler, Max-Planck-Institut für Biophysik,

Frankfurt am Main

Sensoren für die Untersuchung von Membranproteinen

Prof. Herberg, Universität Kassel

Proteinanalytik mit SPR-Sensoren

Diagnostik

Dr. Alfke, Klinikum Marburg

Klinische Anwendung von Nanotechnologie-

basierten Diagnostika

Prof. Felle, Universität Gießen

Entwicklung von Nanotechnologie-

basierten Biosensoren

Prof. Tampe, Universität Frankfurt

Entwicklung von Biochips

Implantate

Prof. Greiner, Universität Marburg

Nanotechnologie-basierte medizinische

Biomaterialien

Prof. Wendorff, Universität Marburg

Nanotechnologie-basierte medizinische

Biomaterialien, Nanofasern

Medizintechnik

Dr. Wäber, Deutsches Kunststoff-Institut, Darmstadt

Silber-Nanopartikel für antibakterielle

medizinische Werkstoffe

Wirkstofftransport

Prof. Bakowsky, Universität Marburg

Liposomale Wirkstofftransportsysteme

Prof. Kissel, Universität Marburg

Nanoskalige Wirkstofftransportsysteme

für Biopharmazeutika

Prof. Kreuter, Universität Frankfurt

Polymer-Nanopartikel für den Wirkstofftransport

PD Langer, Universität Frankfurt

Peptidbasierte Nanopartikel für den Transport

von antiviralen Medikamenten

PD Dr. Michaelis, Klinikum der Universität Frankfurt

Liposomale Verkapselung von Wirkstoffen

Prof. Seeger, Universität Gießen, Medizinische Klinik II

Nanopartikel für die Therapie von

Atemwegserkrankungen

8.2 Universitäre Nanomedizin-Forschung in Hessen

Eine Auswahl hessischer Wissenschaftler, die auf dem Gebiet der Nanomedizin tätig sind.Kontaktdaten finden sich unter www.nanotech-hessen.de.

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Analytik / Diagnostik

IonGate Biosciences GmbH, Frankfurt

Nanotechnologie-basierte Sensoren für die Analyse

von Membranproteinen

Milenia Biotec GmbH, Bad Nauheim

Entwicklung von diagnostischen Schnelltests auf

Basis der Lateral Flow Technologie unter Verwendung

von Nanopartikeln

Thomas Recording GmbH, Gießen

Nanotechnologie-basierte Chemosensoren für die

medizinische Diagnostik

Dentalmaterialien

Gesellschaft für Dentale Forschung und

Innovationen GmbH, Rosbach

Zahnfüllstoffe auf Basis von Nanokompositen

SusTech GmbH & Co. KG, Darmstadt

Nano-Calciumphosphat Komposite für die Dental

Kosmetik (Nanit®active)

Implantate

CINVENTION AG, Wiesbaden

Nanoporöse Carbon-Beschichtungen als

Wirkstoffdepots für Implantate

aap Biomaterials GmbH & Co. KG , Dieburg

Nanokristalline Knochenersatzmaterialien

(Per Ossal und Ostim)

Heraeus Kulzer GmbH, Hanau

Nanotechnologie für Zahnprothesen und

Knochenersatzmaterialien

Heraeus Medical GmbH,Wehrheim

Entwicklung von Knochenzementen unter Einsatz

von Nanopartikeln

Kosmetik

Evonik Degussa Advanced Nanomaterials, Hanau

Zinkoxid-Nanopartikel für Sonnenschutz und

kosmetische Anwendungen

Kosmetik, Nutraceuticals

adinotec, Griesheim

Herstellung von kosmetischen Produkten und

Nutraceuticals, die Mineralien in Form von

Nanopartikeln enthalten

Therapiesysteme

Fresenius Medical Care AG, Bad Homburg

Nanotechnologie-basierte Membranen und

Oberflächen für Anwendungen in der Dialyse

Möller Medical GmbH & Co. KG, Fulda

Nanocoatings für Analysenadeln,

Kanülen und technische Rohre

NanoRepro GmbH, Marburg

Nanotechnologie für den Gewebeaufbau

und die Diagnostik

Wirkstofftransport

Activaero GmbH (ehemals Inamed), Gemünden

Entwicklung von nanoskaligen Formulierungen für

die Aerosol Therapie

Aero Pump GmbH, Hochheim am Main

Nanotechnologie für die Medikamentendosierung

Aquanova AG, Darmstadt

Entwicklung von Solubilisaten von Pharmaka,

Kosmetika und Lebensmittelzusätzen auf Basis von

nanoskaligen Mizellen

B. Braun Melsungen AG, Melsungen

Nanotechnologie-basierte Wirkstofftransport-

systeme und medizinische Materialien (explorativ)

Merck KGaA, Darmstadt

Nanotechnologie-basierte Wirkstofftransport-

systeme (explorativ)

Merz Pharmaceuticals GmbH, Frankfurt am Main

Nanotechnologie-basierte Wirkstofftransport-

systeme (explorativ)

Nanohale Management Ltd, Marburg

Nanotechnologie-basierte Wirkstofftransportsysteme

für die pulmonale und transpulmonale Behandlung

von Krankheiten

Sanofi-Aventis AG, Frankfurt am Main

Verwendung der NanoCrystal-Technologie für die

Formulierung von Wirkstoffen

8.3 Unternehmen mit Nanomedizin-Aktivitäten in Hessen

Eine Auswahl hessischer Unternehmen, die auf dem Gebiet der Nanomedizin aktiv sind.Kontaktdaten finden sich unter www.nanotech-hessen.de.

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8.4 Publikationen

a Allen, T. and Cullis, P. R., Drug Delivery Systems:Entering the Mainstream, Science, 303, 1818–1822, 2004.

a Duncan, R., The Dawning Era of Polymer Thera-peutics, Nature Reviews, 2, 347–360, 2003.

a Duncan, R., Nanomedicines in action, The Phar-maceutical Journal, 273, 485–488, 2004.

a Luther, W., Malanowski, N., Bachmann, G.,Zweck, A., Heimer, T., Werner, M., Mietke, S.,Köhler, T., Nanotechnologie als wirtschaftlicherWachstumsmarkt, VDI TechnologiezentrumGmbH, Düsseldorf, 2004.

a Moghimi, S. M., Huner, A. C., Murray, J. C.,Nanomedicine: current status and futureprospects, The FASEB Journal, 19, 311–330,2005.

a Moszner, N., and Klapdohr, S., Nanotechnologyfor dental composites, Int. J. of Nanotechnol-ogy, 1, 130–156, 2004.

a Paull, R., Wolfe, J., Hebert, P., Sinkula, M.,Investing in Nanotechnology, Nature Biotech-nology, 21, 1144–1147, 2003.

a Rabinow, B. E., Nanosuspensions in DrugDelivery, Nature Reviews, 3, 785–794, 2004.

a Rollo, F. D., Molecular imaging and molecularmedicine: expectations and requirements,Medicamundi, April, 2003.

a Sato, M., and Webster, T. J., Nanobiotechnol-ogy: implications for the future of nanotechnol-ogy in orthopaedic applications, Expert Rev.Medical Devices, 1, 105–114, 2004.

a Schaeffter, T., Molekulare Bildgebung in derMedizin, Physik Journal, 4, 29–35, 2005.

a Wagner, V., Wechsler, D., Nanobiotechnologie II:Anwendungen in der Medizin und Pharmazie,Zukünftige Technologien Consulting, VDI Tech-nologiezentrum GmbH, Düsseldorf, 2004

a Wagner, V., Dullaart, A., Bock, A.-K., Zweck, A.,The emerging nanomedicine landscape, NatureBiotechnology, 24, 1211-1217, 2006.

a Wickline, S. A. and Lanza, G., Nanotechnologyfor molecular imaging and targeted therapy,Circulation, 107, 1092–1095, 2003.

8.5 Internetlinks zur Nanotechnologieund Nanomedizin

a Aktionslinie Hessen-Nanotechwww.hessen-nanotech.de

a Plattform zur Nanotechnologie in Hessenwww.nanotech-hessen.de

a HA Hessen Agentur GmbHwww.hessen-agentur.de

a TTN-Hessen –TechnologieTransferNetzwerk Hessenwww.ttn-hessen.de

a Portal des BMBF und VDI zur Nanotechnologiewww.techportal.de

a Kompetenzzentrum Nanobiotechnologiewww.cc-nanobiotech.de

a Excellence Network Nanobiotechnology ENNaBwww.ennab.de

a Kompetenznetzwerke in der Nanotechnologie inDeutschlandwww.kompetenznetze.de/navi/de/Innovationsfelder/nanotechnologie.html

a Europäische Technologieplattform Nanomedizinwww.cordis.lu/nanotechnology/nanomedicine.htm

a Informationsserver (Cordis) der EU zur Nano-technologie Priorität im 6. Rahmenprogrammwww.cordis.lu/nanotechnology/

a Internetportal „Nanoforum“ zu den Nanotech-nologie-Aktivitäten innerhalb der EUwww.nanoforum.de

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Schriftenreiheder Aktionslinie Hessen-Nanotech desHessischen Ministeriums für Wirtschaft,Verkehr und Landesentwicklung

Band 1 Einsatz von Nanotechnologie inder hessischen UmwelttechnologieInnovationspotenziale für Unternehmen

Band 2 NanomedizinInnovationspotenziale in Hessenfür Medizintechnik undPharmazeutische Industrie

Band 3 Nanotechnologie im AutoInnovationspotenziale in Hessen fürdie Automobil- und Zuliefer-Industrie

Band 4 NanoKommunikationLeitfaden zur Kommunikation vonChancen und Risiken der Nanotechno-logien für kleine und mittelständischeUnternehmen in Hessen

Supplement zum LeitfadenNanoKommunikationInnovationsfördernde Good-Practice-Ansätze zum verantwortlichen Umgangmit Nanomaterialien

Band 5 Nanotechnologien fürdie optische IndustrieGrundlage für zukünftigeInnovationen in Hessen

Band 6 NanoProduktionInnovationspotenziale für hessischeUnternehmen durch Nanotechnologienim Produktionsprozess

Band 7 Einsatz von Nanotechnologienin Architektur und Bauwesen

Band 8 NanoNormungNormung im Bereich derNanotechnologien als Chancefür hessische Unternehmen

Band 9 Einsatz von Nanotechnologienim Energiesektor

Band 10 Werkstoffinnovationen aus Hessen– Potenziale für Unternehmen

Kompetenz- und InfrastrukturatlasNanotechnologien in Hessen

Informationen / Download / Bestellungen:www.hessen-nanotech.de

Schriftenreiheder Aktionslinie Hessen-Biotech desHessischen Ministeriums für Wirtschaft,Verkehr und Landesentwicklung

a Hessen – Your Gateway to theDiagnostics Market in Europe

a Kompetenzatlas Hessen-Biotech

a Förderoptionen für technologie-orientierte Unternehmen

a Werkzeuge der Natur.Weiße Biotechnologie in Hessen

a Medizintechnik in Hessen– Strukturen und Potenziale

a Hessen – Gateway toBiomanufacturing in Europe

a Hessen – Gateway toClinical Research

Informationen / Download / Bestellungen:www.hessen-biotech.de

Bildnachweis Seite 9, Größenskala

Oben, von links nach rechts: a Modell eines DNA-Moleküls. Die Abbildung der DNA-Hydration wurde mit VMD erstellt und die Bildrechte liegen bei der

Computational Biophysics Group der NIH-Abteilung für Macromolecular Modeling and Bioinformatics am Beckman Institute, University of Illinois in Urbana-

Champaign. a Protein MetAP-2 mit gebundenem Fumagillin-Molekül, Prof. J. Clardy, Science, 282, 1324–1327, 1998. a HIV Virus, © Nihal ElRayess

a Rote Blutzellen, © Russell Kightley Media, rkm.com.au a REM-Aufnahme eines Haares

Unten, von links nach rechts: a Kalottenmodell eines Aspirin-Moleküls a Dendrimer, Prof. A. Hirsch, Universität Erlangen a AFM Aufnahme eines Semliki

Forest Virus, Dr. H. O'Shea, Cork Institute of Technology a Liposom für den Wirkstofftransport, © Andé Pampel, Universität Leipzig

Projektträger der AktionslinienHessen-Nanotech und Hessen-Biotech

www.hessen-biotech.de

www.hessen-nanotech.de