Interdisziplinäre Vernetzung für neue Wege in der Medizin

REBIRTH bedeutet Wiedergeburt und charakterisiert zugleich die Zielrichtung: Die Wissenschaftler helfen dem erkrankten Körper, sich selbst zu regenerieren, zum Beispiel durch Unterstützung mit Stammzellen. Beim zweiten Ansatz dienen künstliche Gewebe als Ersatz für erkrankte.

Neben der federführenden MHH sind an dem Expertennetzwerk die Leibniz Universität Hannover, die Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, das Laser Zentrum Hannover, das Fraunhofer Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin, das Institut für Tierzucht Mariensee, das Helmholtz Institut für Infektionsforschung in Braunschweig sowie das Max- Planck - Institut für Molekulare Biomedizin in Münster beteiligt.

Das Cluster vereint nicht nur exzellente Ausbildung, innovative Wissenschaft und klinische Medizin. Sein Wert besteht auch in der erfolgreichen interdisziplinären Zusammenarbeit von Medizinern, Ingenieuren, Chemikern, Mathematikern und Maschinenbauern. Und so ist es kein Wunder, dass REBIRTH im Oktober 2006 als eines von insgesamt 37 Exzellenzclustern in Deutschland ausgewählt wurde. Koordinator des niedersächsischen Netzwerks, das jetzt über fünf Jahre jährlich bis zu 6,5 Millionen Euro erhält, ist Professor Dr. Axel Haverich, Direktor der Abteilung für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie an der MHH.

Während Letztere die medizinische Expertise abdeckt, übernimmt die Universität Hannover die technologische. Sie betrifft vor allem die Wiederherstellung natürlicher Körperfunktionen. "Nur durch den Einblick in die täglichen Leistungen der Ingenieure kommen Mediziner auf Ideen für neue Therapien - und umgekehrt", ist Professor Dr. Wolfgang Ertmer überzeugt. Der Physiker ist zugleich Direktor des Instituts für Quantenoptik an der Leibniz Universität und Vorstand des Laser Zentrums Hannover; nicht zuletzt hat er selbst ein Exzellenzcluster mit dem Titel "QUEST - Quantum Engineering and Space-Time-Research" (vgl. Kasten aufS. 51) eingeworben. Bei REBIRTH ist er Partner: Um neue Lösungsansätze zu finden, arbeiten Mediziner im Physiklabor mit, schauen Physiker beim Operieren zu. "Wir entwickeln geeignete Scaffolds, also Matrizen, als Grundlage für das Zell- und Gewebewachstum", fasst Ertmer die Hauptaufgabe der Ingenieure zusammen. Denn Zellen außerhalb des Körpers zum Wachsen und Siedeln zu bewegen, ist eine Kunst für sich.

Mit dem Laser vollbringen Ertmer und sein Team Wunder der Winzigkeit: Der extrem kurze Impuls eines Femtosekunden-Lasers - eine Femtosekunde ist der millionste Teil einer Milliardstelsekunde -löst eine chemische Reaktion aus, die aus harz artigen Polymeren dreidimensionale Strukturen entstehen lässt. Vorausgesetzt, man wiederholt den Laservorgang oft genug nach einem vorher berechneten Computermodell. Das Resultat sind nanometergenaue winzige Matrizen. Ein Nanometer ist fünfzigtausend Mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Dabei schaffen die Ingenieure sogar "Taschen" für Medikamente, absorbierende oder mit anderen Eigenschaften ausgestattete Oberflächen. Bei allem Expertenkönnen unterstreicht Ertmer aber auch, wie wichtig die Kooperation im Cluster ist. Gemeinsam wollen die Wissenschaftler irgendwann einmal ganze Organe ersetzen. Doch die Durchblutung implantierter Teile beispielsweise bereitet noch Schwierigkeiten. Seine Zukunftsvision sind künstlich hergestellte Gefäßbäume, die man an körpereigene Adern anschließt.

"Die hervorragende Infrastruktur begünstigt solch einen Schwerpunkt auf dem Gebiet der Biomedizintechnik in Hannover", lautet Ertmers Einschätzung, die durch die Neubewilligung des Transregios "Mikro- und Nanosysteme in der Medizin-Rekonstruktion biologischer Funktionen" im Mai 2007 zusätzlich gestützt wird (vgl. Beitrag "Drittmittel für Niedersachsen " S. 57). Das ziehe weitere Experten, Nachwuchskräfte und auch Firmen an. "Gerade REBIRTH ist ein fantastisches Modellvorhaben dafür, wie Wissenschaft und Wirtschaft erfolgreich kooperieren können", meint Ertmer. Seit dem Sommer 2008 arbeiten Vertreter aus beiden Bereichen im neuen REBIRTH-Center an der MHH Tür an Tür zusammen. "Durch die Interdisziplinarität entsteht ein deutlicher Mehrwert, der weit über der Summe der Einzelleistungen liegt", lautet daher auch seine wichtigste Erfahrung aus dem Projekt.

Hightech-Blicke in bisher verborgene Welten

Diese Erkenntnis teilen die Wissenschaftler des Göttinger ExzellenzcIusters "Mikroskopie im Nanometerbereich", das ebenfalls im Oktober 2006 im Rahmen der ersten Auswahlrunde der Exzellenzinitiative bewilligt wurde. Neben den Bereichen Medizin, Biologie und Physik der Georg-August-Universität sind Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie und dem European Neuroscience Institute Göttingen (ENI-G) beteiligt. Das Cluster ist wiederum eingebettet in das Forschungszentrum Molekularphysiologie des Gehirns (CMPB) der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

Ziel der Forscher ist es, innovative Mikroskopiertechniken zu entwickeln und sie für die molekulare Neurobiologie nutzbar zu machen. Warum ihre interdisziplinäre Zusammenarbeit so erfolgreich klappt, bringt der Sprecher des Clusters, Professor Dr. Diethelm Richter, schnell auf den Punkt: "Wir denken funktional und nicht nach Fakultäten."

Das Netzwerk der Neurowissenschaftler ist fast so komplex wie ihr Arbeitsgebiet: das menschliche Gehirn. Dessen Funktionen werden auf der Ebene von Molekülen gesteuert. Solche Prozesse, die sich ebenfalls in der Größenordnung von Nanometern abspielen, werden nur mithilfe hochauflösender Mikroskoptechniken sichtbar. "Wir wollen einzelne Molekülkomplexe in der lebenden Zelle darstellen und verfolgen", erläutert Richter. Obwohl die Verfahren immer besser würden, stoße man a~ das Limit der optischen Auflösung: "Unser Ziel ist es, diese Grenzen zu überwinden." Dabei verwenden die Forscher eine Vielfalt unterschiedlicher Methoden. Zum Spektrum aktueller Techniken gehört beispielsweise die NMR-Spektroskopie (Nuclear Magnetic Resonance), mit der mittels magnetischer Prozesse die Strukturen und die räumliche Anordnung von Molekülen gemessen werden. Mit der AtomKraft-Mikroskopie (Atomic Force Microscopy) lässt sich die Oberfläche von Molekülen bis ins kleinste Detail abbilden. Dank der weiterentwickelten Röntgenmikroskopie kann man hochauflösende Abbildungen von molekularen Zellstrukturen herstellen.

Die größte Hoffnung setzt Richter aber auf die "STED-Mikroskopie" (STimulatet Emission Depletion), die auf dem Phänomen der Fluoreszenz basiert und von dem Physiker Professor Dr. Stefan Hell am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie entwickelt wurde. Damit können die Göttinger Experten Strukturen und Abläufe in lebenden Zellen mit bisher unerreichter Schärfe und winzige Partikel in der Größe von 20 bis 40 Nanometern darstellen. "Mit der STED-Mikroskopie werden die bisher gültigen Grenzen der Lichtmikroskopie überwunden", unterstreicht Richter die hohe Bedeutung der Methode. Eine der größten Herausforderungen steht ihnen noch bevor: Prozesse nicht nur zu beobachten, sondern die Erkenntnisse auch in die Diagnostik und Behandlung von Krankheiten wie Alzheimer, Parkinsan oder Schizophrenie einfließen zu lassen.

"Die Mittel von 1,5 Millionen Euro jährlich aus dem Exzellenzcluster geben uns die Möglichkeit, nicht nur Verbundprojekte durchzuführen, sondern auch drei unabhängige Nachwuchs-Forschergruppen zu fördern", führt Richter aus. Die Wertschätzung der Nachwuchsförderung in Göttingen lässt sich an den zahlreichen Masterstudiengängen, Promotionsprogrammen und dem Nachwuchsgruppen-Konzept des ENI-G ablesen. Das in Göttingen erstmals umgesetzte Konzept fand europaweit in 15 Ländern Nachahmer - Institute, die inzwischen ein Netzwerk bilden.

Durch diese breit gefächerten Aktivitäten hat sich Göttingen einen internationalen Ruf erarbeitet, den die Gutachter der Exzellenzinitiative eindrucksvoll bestätigten. Das Urteil der internationalen Wissenschaftsexperten gibt Richter gern im Originalton wieder: "Nothing comparable in Europe, only comparable with Harvard or Stanford." Damit stellten sie die Einrichtung auf eine Stufe mit internationalen Spitzenuniversitäten und nahmen zugleich eine Entscheidung voraus: Bei der zweiten Runde der Exzellenzinitiative erhielt die Georg-AugustUniversität am 19. Oktober 2007 die Auszeichnung für ihr Zukunftskonzept (vgl. Text "Gemeinsam stark - Die Besten für Göttingen gewinnen" 5.53). Mehr "Sichtbarkeit" kann sich eine Hochschule wohl nicht wünschen.