Allgemeines - Beschreibung TCI

Institut für Technische Chemie


Sommerfest 2010 am Freitag, den 18.6.2010, ab 16:00 - Programm


Das Institut für Technische Chemie der Universität Hannover (TCI) führt seine Lehr- und Forschungsarbeiten auf einer Gesamtfläche von 2100 m2 aus. Davon entfallen ca. 1300 m2 auf Labore, Werkstätten und ein modernes Technikum in einem Neubau. In diesen Einrichtungen werden vielfältige Forschungsarbeiten im Bereich der Biotechnologie, der Extraktion, der Katalyse und der Computeranwendung in der Technischen Chemie durchgeführt.


Biotechnologie

In der Arbeitsgruppe Biotechnologie werden unterschiedliche Aspekte der Bioprozeßentwicklung bearbeitet. Neben der Kontrolle, Regelung und Optimierung von Kultivierungsprozessen von Bakterien, Pilzen und Säugerzellen werden Untersuchungen enzymatischer Prozesse durchgegeführt, neue Bodensanierungskonzepte erforscht und innovative Aufarbeitungstechniken erprobt. Da die Labore und das Technikum (Gesamtfläche 1600 m2) eine SI-Genehmigung haben, werden auch Arbeiten mit rekombinanten Organismen dieser Sicherheitsstufe durchgeführt. Zur Zeit werden Organismen zur Produktion von Antibiotika, diverser Enzyme, Bacteriorhodopsin, Aromen und Blutfaktoren eingehend studiert. Im Bereich der Bodensanierung werden Forschungsarbeiten zur Kultivierung von Mischkulturen mit biochemischen Abbauleistungen und dem Sanierungseinsatz von Drehrohrreaktoren getestet. Bei der Aufarbeitung geht es um effiziente Trenntechniken zur Herstellung pharmakologisch wirksamer Proteine.


Bioanalytik

Die genaue Beobachtung biotechnologischer Prozesse ist für ein verbessertes Verständnis, eine bessere Regelung und eine detailliertere Dokumentation nötig. Deshalb werden verschiedene automatisierte Analysensysteme entwickelt, die auch zur On-line-Analytik von Bioprozessen eingesetzt werden können. Hierzu zählen Chemo- und Biosensorsysteme zur Analyse von nieder- und hochmolekularen Komponenten im Reaktionsmedium im Minutentakt. Amperometrische, potentiometrische und optische Biosensoren zur Multikomponentenanalytik (Kohlenhydrate, Aminosäuren, Metabolite) werden neben optischen Chemosensoren (für Sauerstoff und pH, In-situ-2-D-Fluoreszenzspektroskopie) entwickelt. Für die Proteinanalytik stehen automatisierte Immunoanalysegeräte zur Verfügung und mit Hilfe der Kapillarelektrophorese (CE) und MALDI-MS können Proteine qualitativ und quantitativ erfasst werden. Darüber hinaus können biologisch aktive Substanzen mittels verschiedener chromatographischer Methoden (FPLC, HPLC) auch in komplexen Proben nachgewiesen und quantifiziert werden. Der Zellzustand kann in situ über die 2-D-Fluoreszenzmessung (z.B. NAD(P)H-Fluoreszenz) oder prozessbegleitend über durchflussanalytische Methoden ermittelt werden.


Biochiptechnologie

Affymetrix Arrayer Scanner Im Institut steht ein komplettes Affymetrix Chipsystem bestehend aus Affymetrix 427 Arrayer und Affymetrix 428 Arrayscanner zur Verfügung, und die DNA-Chiptechnologie wurde vollständig bis zur routinemäßigen Anwendung in Forschung und Diagnostik etabliert. Es wurden murine und humane organspezifische DNA-Chips, ein humaner Tumorchip sowie ein zellzyklusspezifischer Hefechip entwickelt. Die Arbeitsgruppe verfügt über umfangreiche Erfahrungen im Expressionsprofiling, im Sondendesign, in der Datenauswertung und im Clustering, im pharmazeutischen Screening sowie in der Entwicklung und Optimierung neuer Chipoberflächen.  
 


Enzymtechnik

Im Bereich der Enzymtechnik werden Enzyme in nicht-konventionellen Reaktionsphasen untersucht. Mehrphasensysteme (Flüssigmembranemulsionen), organische Reaktionsphasen und überkritische Phasen (z.B. überkritisches Kohlendioxid) stehen hier im Vordergrund. Dabei wird das Verhalten der Enzyme auf Reaktionsausbeute, Reaktionsspezifität und Enantioselektivität bei der Synthese von Naturstoffen, Aromen und Aminosäuren studiert.


Zellkulturtechnik

In der modernen Biotechnologie sind in den letzten Jahren eine Vielzahl von Verfahren und Produkten im Bereich der medizinischen Biotechnologie (rote Biotechnologie) entwickelt worden. Die medizinische Biotechnologie umfasst die Herstellung und Isolierung von Proteinen, Vakzinen und anderen biologisch aktiven Hochwertstoffen für die Anwendung in Diagnostik und Therapie, die Gentherapie und die Produkte und Behandlungsmethoden im Bereich der regenerativen Medizin und des Tissue Engineering. Für alle genannten Bereiche kommen Zellen zum Einsatz. Diese Zellen können entweder selbst das Ziel sein (Gentherapie und Tissue Engineering) oder aber auch für die Produktion oder Testung von Biopharmaka eingesetzt werden.

Säugerzellkultivierung

Die Produktion von Proteinen für therapeutische Zwecke wird heute häufig unter Einsatz von Säugerzellkulturen durchgeführt. Hierbei kommen verschiedene Zellen und Bioreaktorsysteme sowie Kultivierungsmodi zum Einsatz. Für die Herstellung von Biopharmazeutika (Proteine, Antikörper) werden heute vorwiegend genetisch modifizierte Säugerzellen (CHO chinese hamster ovary, BHK baby hamster kidney, und Hybridomzellen eingesetzt. Die Kultivierung dieser Zellen ist aufwendig und erfordert hochspezielle Geräte und Methoden. Für die optimale Verwendung von Säugerzellen für die Produktion von pharmazeutisch wichtigen Substanzen müssen sowohl die Zellsysteme als auch der gesamte Produktionsprozess genau charakterisiert und optimiert werden. Hierzu gehören die Entwicklung geeigneter Bioreaktoren, in denen die Zellen vermehrt werden sowie die Optimierung der Kultivierungsbedingungen (Medienzusammensetzung, Temperatur, Scherstress etc.). Systematische Untersuchungen dieser Prozessparameter können zusammen mit der Online-Analytik und der Kontrolle von essentiellen Komponenten dazu beitragen, die Raum-Zeit Ausbeuten zu steigern.


Tissue engineering

Das Tissue Engineering ist ein sehr dynamisch wachsendes, vergleichsweise „junges“ Forschungsgebiet in der medizinischen Biotechnologie. Ziel des Tissue Engineering ist es, Gewebe- oder Organdefekte durch den Einsatz künstlich erzeugter Gewebe zu behandeln/heilen. Hierzu werden Zellen des entsprechend geschädigten Gewebes/Organs zunächst entnommen und in geeignete Kulturbehälter gebracht. Die Gewebezellen werden so außerhalb des Organismus (extracorporal) auf einer Biomatrix gezüchtet. Die Biomatrix dient als Stützgerüst und verleiht dem entstehenden Gewebekonstrukt die dreidimensionale Struktur. Nach erfolgter Vermehrung wird das künstliche Gewebe in den Defekt eingebracht. Optimaler Weise handelt es sich bei den Zellen um patienteneigenes "Material" (autologe Zellen), da somit eine Abstoßungsreaktion bei der Reimplantation des künstlichen Gewebekonstruktes umgangen wird. Heute rückt auch der Einsatz von (adulten) Stammzellen immer stärker in den Fokus der Forschung. Die Stammzellen können aus verschiedenen „Quellen“ z.B. Knochenmark, Fettgewebe, Blut) gewonnen werden. Die Stammzellen können dann anschließend auch vermehrt und gezielt in verschiedene Gewebetypen (Knorpel, Knochen, Nervenfasern u.a.) differenziert werden. Es gilt vor allem für das Tissue Engineering geeignete Matrices zu entwickeln, spezielle Bioreaktorsysteme zu entwickeln, die die funktionelle 3D-Gewebebildung erlauben sowie die Kultivierungsbedingungen (Medienzusammensetzung, Zusatz von Wachstums- und Differenzierungsfaktoren, mechanische Belastung etc.) zu optimieren.


Chemometrie und Bioinformatik

Im Bereich der Chemometrie und Bioinformatik werden Methoden und Algorithmen entwickelt, um Messdaten computergestützt zu analysieren und aus Messdaten kondensierte Information zu extrahieren. Hierbei werden neben multivariaten Auswerteverfahren (z.B. Verfahren der Hauptkomponentenanalyse) Verfahren der Numerik (z.B. zur Integration von Differentialgleichungen und zum Lösen von überbestimmten Gleichungssystemen) und der Zeitreihenanalyse (z.B. Verfahren der nichtlinearen Filterung) sowie der künstlichen Intelligenz (Expertensysteme, neuronale Netzwerke, Genetische Algorithmen) angewendet. Basierend auf der computergestützten Analyse von Prozessdaten wird das Ziel verfolgt, den Automationsgrad von Prozessen insgesamt zu erhöhen. Neben der Überwachung von Prozessen werden Algorithmen zur Steuerung und Regelung entwickelt und eingesetzt. Sie dienen z.B. dazu Kultivierungsprozesse so zu regeln, dass keine unerwünschten Nebenprodukte gebildet werden und die Ausbeute maximal wird.