Die Preisträgerprojekte des Projektaufrufs 2023

Ein vielversprechender Fortschritt für die regenerative Medizin: Das Projekt ALBUCOL entwickelt 100 % natürliche Biomaterialien mit dem Ziel, geschädigtes menschliches Gewebe zu ersetzen.

Die Reparatur von Knochen- und Knorpelschäden ist eine große Herausforderung in der Medizin. Derzeit haben zum Ersatz von verletztem Gewebe verwendete Materialien große Nachteile, wie z. B. unzureichende Festigkeit, Qualitätsschwankungen zwischen den Chargen und Lieferschwierigkeiten. Darüber hinaus gibt es für bestimmte Verletzungen, z. B. nach einer Tracheotomie (Öffnung der Luftröhre zur Erleichterung der Atmung), die bspw. nach einer Krebserkrankung im Kopf- und Halsbereich durchgeführt wurde, noch keinen geeigneten Ersatz.

Eine innovative Lösung könnte all dies ändern. Sie beinhaltet die Verwendung von 100 % natürlichen Biomaterialien, die aus zwei Proteinen (Albumin und Kollagen) bestehen und durch Selbstorganisation entstehen. Sie werden zur Herstellung von Tracheo-Laryngeal-Implantaten und pädiatrischen Phalangeal-Transplantaten zur Behandlung der Symbrachydaktylie (einer seltenen Pathologie, die die Handentwicklung beeinträchtigt und durch kurze oder fehlende Finger gekennzeichnet ist) verwendet.

Vier renommierte, auf Biomaterialien und Bioengineering spezialisierte Labore am Oberrhein schließen sich im Projekt zusammen, um diese therapeutische Strategie zu entwickeln, die einen vielversprechenden Weg für die regenerative und personalisierte Medizin eröffnet. Innerhalb von drei Jahren könnte diese therapeutische Innovation in die klinische Erprobung gehen. Ihr Potenzial, wirksamere und individuellere Lösungen für den Gewebeersatz anzubieten, eröffnet neue Perspektiven für die Behandlung von Knochen- und Knorpelverletzungen und könnte die Lebensqualität vieler Patienten verbessern. Sie wird auch das Innovationsökosystem am Oberrhein bereichern und vielen Pharma- und Medizintechnikunternehmen der Region bei der Entwicklung ihrer künftigen Produkte zugutekommen.

• Projektpartner: Inserm  (Projektträger) (FR), Institut NMI der Universität Tübingen (DE), Fachhochschule Nordwestschweiz – FHNW (CH), Universität Basel (CH)
• Gesamtbudget: 1.745.302 €
• Projektlaufzeit: 01.04.2024 – 31.03.2027

Eine neue Ära für die grenzüberschreitende Mobilität! Das Projekt aura.ai entwickelt automatische, kontinuierliche und datenschutzfreundliche Authentifizierungsverfahren für den einfachen Zugang zu verschiedenen Verkehrsdiensten.

Die Region Oberrhein bietet Reisenden eine große Vielfalt an Verkehrsmitteln, von Zügen und Straßenbahnen über Busse bis hin zu Elektrofahrrädern und -rollern. Theoretisch können sich Menschen, die öffentliche Verkehrsmittel und nachhaltige Mobilität bevorzugen, in dieser grenzüberschreitenden Region leicht fortbewegen. In der Praxis ist es jedoch etwas komplizierter: Der Kauf von Fahrkarten für Fahrten mit mehreren Verkehrsbetrieben kann sich schnell als mühsam erweisen. Jeder Betreiber hat in der Regel seine eigene Online-Plattform oder -anwendung, so dass die Reisenden für jeden Dienst ein eigenes Konto anlegen und sich mehrmals identifizieren müssen.

Eine innovative Lösung könnte dieses Hindernis bald aus dem Weg räumen: eine automatische und kontinuierliche Authentifizierung, die die Privatsphäre schützt und auf dem Verhalten der Fahrgäste basiert, ein hohes Sicherheitsniveau garantiert und dabei keinen zusätzlichen Aufwand für den Nutzer erfordert. Diese Lösung nutzt künstliche Intelligenz, um die spezifischen Mobilitätspraktiken jedes Einzelnen sowie die Art und Weise, wie er sein Telefon benutzt, zu erkennen und zu klassifizieren, so dass ein Missbrauch durch fremde Personen  zuverlässig identifiziert werden kann.

Die Partner des grenzüberschreitenden Projekts aura.ai stellen ihr komplementäres Fachwissen in den Dienst dieser Innovation: Die Hochschule Karlsruhe entwickelt die Technologie für die kontinuierliche Authentifizierung auf Plattformen; die Université de Haute-Alsace verstärkt die Sicherheit rund um KI-Modelle und untersucht die Akzeptanz der Technologie durch die Nutzer; die Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW ist auf Authentifizierungssysteme für Nutzer auf mobilen Plattformen spezialisiert und trägt dazu bei, dass die Technologie von Transportunternehmen akzeptiert wird. Unterstützt wird das Konsortium durch die assoziierten Partner INIT, einem weltweit führenden Anbieter für IT-Lösungen für den öffentlichen Nahverkehr, und Neomia, einem auf kontinuierliche Authentifizierung spezialisierten Softwarehaus.

Die Technologie wird aktuell von Studierenden der Hochschule Karlsruhe im realen Einsatz getestet. Dazu wird sie mit Unterstützung des Entwicklers raumobil in KVV.regiomove, die Mobilitätsplattform der Region Karlsruhe, integriert. Sollte sich die Technologie in den Tests bewähren, könnte sie in Zukunft weiterhin in regiomove zum Einsatz kommen und auch darüber hinaus: regiomove wird derzeit mit der ebenfalls von raumobil entwickelten Mobilitätsplattform Ortenau Mobil verbunden, welche wiederum Verbindungen nach Straßburg anbietet. Dank der automatischen und kontinuierlichen Authentifizierung werden sich die Fahrgäste auf den verschiedenen Verkehrsplattformen leicht ausweisen können und dabei von einem hohen Maß an Benutzerfreundlichkeit profitieren. Das Umsteigen zwischen den Verkehrsmitteln wird schnell und einfach. Das Projekt kann daher für die Oberrheinregion von großem Nutzen sein, da es dazu beitragen wird, den öffentlichen Verkehr attraktiver zu machen.

Weitere Informationen zum Projekt: https://www.h-ka.de/idss/aura-ai

• Projektpartner: Hochschule Karlsruhe (DE) (Projektträger), Université de Haute Alsace (FR), Fachhochschule Nordwestschweiz – FHNW (CH)
• Gesamtbudget: 1.206.917 €
• Projektlaufzeit: 01.01.2024 – 31.12.2025

Laborinnovation mit dem Projekt AUTOMETA: Die automatisierte Vorbereitung von Proben für die Metabolomanalyse ermöglicht zuverlässigere Analysen und effektive personalisierte Behandlungen.

Die medizinische Forschung zeigt erhebliche Grenzen der medikamentösen Behandlung auf: Unwirksamkeit bei 30-60 % der Patienten und Nebenwirkungen in 30 % der Fälle. Um diese Problematik zu überwinden, ist es von entscheidender Bedeutung, den Gesundheitszustand der Patienten und ihre Reaktionen auf Medikamente besser zu verstehen und so zu wirksameren personalisierten Behandlungen zu gelangen.

Dies ist nun durch die Metabolomanalyse möglich, ein neues Instrument der Molekular- und Medizinbiologie. Durch die Untersuchung von Metaboliten, den kleinen Molekülen, die an allen chemischen Reaktionen im Körper beteiligt sind, kann man sich in Echtzeit einen Überblick über den physiologischen Zustand einer Person verschaffen. Die Metabolomanalyse erfordert jedoch einen entscheidenden Probenvorbereitungsschritt, der von Labortechnikern durchgeführt wird, und diese manuellen Prozesse sind anfällig für menschliche Fehler, die die Zuverlässigkeit der Ergebnisse beeinträchtigen können.

Die Universität Freiburg und ihre Partner entwickeln eine innovative Lösung, die diesen wichtigen Schritt grundlegend zu verändern verspricht: die automatisierte Probenvorbereitung auf einem mikrofluidischen Chip. Diese Technologie basiert auf dem Einsatz von miniaturisierten Geräten, die sehr kleine Flüssigkeitsvolumina (z.B. Blut oder Gehirn-Rückenmarksflüssigkeit) verarbeiten können. Das Prinzip ist einfach: Die zu untersuchende Probe wird automatisch durch ein Netz von Mikrokanälen im Inneren des Chips geleitet, wo verschiedene Aufbereitungsschritte automatisch durchgeführt werden.

Innerhalb der nächsten drei Jahre dürften die derzeit in der Entwicklung befindlichen mikrofluidischen Chips es ermöglichen, die Vorbereitung von Patientenproben für die Metabolomanalyse im Vergleich zu den derzeitigen Methoden erheblich zu verbessern. Diese Innovation ist ein wichtiger Schritt hin zu einer zugänglicheren personalisierten Medizin. In Zukunft könnte diese Technologie vor allem im grenzüberschreitenden Raum breite Anwendung finden, zum Beispiel in diagnostischen Laboren oder in Universitätskliniken.

• Projektpartner: Universität Freiburg (DE) (Projektträger), Universität Basel (CH), Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e. V. (DE)
• Gesamtbudget: 1.279.276 €
• Projektlaufzeit: 01.04.2024 – 31.3.2027

Innovative Behandlung für Patienten mit Epilepsie und geistiger Behinderung: Das Projekt IMAGINE-STIM entwickelt eine bildgestützte therapeutische Hirnstimulation.

Epilepsie, eine neurologische Störung, von der fast 1 % der Allgemeinbevölkerung und etwa 25 % der Menschen mit geistiger Behinderung betroffen sind, wird in der Regel mit Antiepileptika behandelt. Diese Medikamente regulieren die elektrische Aktivität des Gehirns, um epileptische Anfälle zu verhindern oder zu lindern. In einem Drittel der Fälle erweist sich die Behandlung jedoch als unwirksam. Medikamentenresistente Epilepsie ist bei Menschen mit geistigen Behinderungen sogar noch häufiger anzutreffen und betrifft zwei Drittel der Patienten.

Für diese Menschen gibt es Hoffnung durch eine innovative Therapie: die Hirnstimulation. Dabei wird ein Gerät, das einem Herzschrittmacher ähnelt, unter dem Schlüsselbein implantiert, das elektrische Impulse an bestimmte Bereiche unter der Kopfhaut abgibt. Studien haben gezeigt, dass diese elektrische Stimulation die Zahl der epileptischen Anfälle pro Monat um mehr als die Hälfte reduziert.

Das ICube-Labor (Universität Straßburg und CNRS) und seine Partner wollen diese Technik durch die Entwicklung personalisierter, bildgestützter Hirnstimulationstechniken verbessern, um maßgeschneiderte Behandlungen anzubieten.

Das Projekt IMAGINE-STIM ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer groß angelegten medizinischen und sozialen Initiative. Es zielt darauf ab, Synergien zwischen spezialisierten Zentren für Epilepsiebehandlung und Bildgebung zu schaffen, um ein grenzüberschreitendes Versorgungsnetz aufzubauen. Ziel ist es, einer gefährdeten Bevölkerungsgruppe, die sowohl an Epilepsie als auch an geistigen Behinderungen leidet, wirksamere und weniger invasive personalisierte Behandlungen anzubieten. Durch die Einrichtung eines Videoforums soll der Wissenstransfer auf Patienten- und Betreuerverbände ausgedehnt werden, um ein besseres Verständnis für diese neuen therapeutischen Ansätze zu ermöglichen.

• Projektpartner: Universität Straßburg (FR) (Projektträger), Universitätsklinikum Freiburg (DE)
• Gesamtbudget: 999.822 €
• Projektlaufzeit: 01.04.2024 – 31.03.2027

Eine intelligente Bandage, die anatomische Formen digitalisiert: das ist die Lösung, die das Projekt HelpMeWalk entwickelt, um personalisierte Orthesen effizienter herzustellen.

Verschiedene Pathologien erfordern den Einsatz von Orthesen, medizinischen Hilfsmitteln zum Ausgleich von Erkrankungen des Bewegungsapparats. Diese Vorrichtungen können verschiedene Körperteile betreffen (Arme, Hände, Knie, Knöchel usw.), stellen aber alle eine gemeinsame Herausforderung dar: die präzise Anpassung an die Anatomie des Patienten. Im Falle einer Knöchelorthese werden die Maße derzeit mit Hilfe eines Gipsabdrucks ermittelt. Der Orthopädietechniker korrigiert die Stellung des Fußes manuell, indem er ihn in den unbeweglichen Zustand versetzt, und fertigt dann eine Form an, die für die Herstellung der Orthese verwendet wird. Dieses Verfahren ist zeitaufwändig und kann ungenau sein, was manchmal dazu führt, dass eine andere Version der Orthese angefertigt werden muss, um den Komfort zu verbessern. Die Verwendung von optischen Scannern für präzise Messungen wird durch die Hände des Orthopädietechniker behindert, die den Fuß bedecken und ihn für den optischen Scanner teilweise unsichtbar machen.

Die akademischen und industriellen Partner des Projekts entwickeln eine innovative technologische Lösung für die Messungen: Bandagen, die mit hunderten von Magnetsensoren ausgestattet sind, welche das Magnetfeld messen, das nacheinander von verschiedenen Spulen erzeugt wird. Diese Messungen werden dann von einem Tracking-Algorithmus verarbeitet und mithilfe künstlicher Intelligenz zu einem 3D-Modell des Knöchels rekonstruiert. Mit derselben Software der Messungen kann das Modell dann zum Drucken einer millimetergenau auf die Anatomie des Patienten zugeschnittenen Orthese verwendet werden.

Bei der Umsetzung des grenzüberschreitenden Projekts HelpMeWalk bringen die Partner ihr komplementäres Fachwissen in diese Innovation ein.

Die Hochschule Furtwangen testet die Robustheit der Sensoren und entwickelt eine Methode, um sie in einen Schutzharz zu kapseln. Die Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW – Campus Muttenz) kümmert sich um die Untersuchung der Form der elektronischen Karten, auf denen die Sensoren angebracht sind, damit diese sich optimal an die Form eines Knöchels anpassen. Mithilfe einer KI untersucht die Universität Straßburg, wie die genaue Position jedes Sensors anhand seiner magnetischen Messungen ermittelt werden kann. So erhalten sie eine Punktwolke, die von der Hochschule Kaiserslautern in ein 3D-Modell umgewandelt wird.

Die Teams von HelpMeWalk gehen davon aus, dass sie bis zum Ende des Projekts im März 2026 eine vollständige Demonstration der Technologie von der Messung bis zur vom Patienten getragenen Orthese vorführen können. Diese schnellere und präzisere Lösung wird die Zeit für die Entwicklung der Orthese verkürzen sowie eine optimale Anpassung der Orthese erleichtern und gleichzeitig die Herstellungskosten senken. Langfristig könnte die Technologie auch zum Scannen anderer Körperteile eingesetzt werden. Das Ziel der Industriepartner ist es, die intelligente Bandage basierend auf 3D-Bildern auf den Markt zu bringen, damit diese Innovation möglichst vielen Menschen zugutekommt. Der Prototyp wurde bisher auf Fachmessen in Europa und weltweit mit großem Erfolg vorgestellt.

Weitere Informationen zum Projekt: https://helpmewalk.eu/

• Projektpartner: Universität Straßburg (FR) (Projektträger), Fachhochschule Nordwestschweiz – FHNW (CH), Hochschule Kaiserslautern (DE), Hochschule Furtwangen (DE), Université de Haute-Alsace (FR)
• Gesamtbudget: 1.411.234 €
• Projektlaufzeit: 01.04.2024 – 31.03.2026

Abwärme in eine Ressource verwandeln: Das ist das Ziel des Projekts 2PhaseEx, das eine Technologie zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus Rechenzentren entwickelt.

Im Zeitalter der globalen Erwärmung ist die Suche nach umweltfreundlichen Energiequellen unumgänglich geworden. Um die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Energiequellen zu verringern, gibt es eine wertvolle, aber weniger bekannte Ressource, die genutzt werden kann: Die „Abwärme“. Dabei handelt es sich um Wärme, die als Nebenprodukt eines Prozesses entsteht, der nicht dem eigentlichen Zweck dient. Rechenzentren zum Beispiel erzeugen durch das Laufen der Server viel Wärme. Dies wird oft als Problem betrachtet, weil die Infrastruktur gekühlt werden muss, während es paradoxerweise eine Chance darstellt.

Das Labor ICube der Universität Straßburg und das CNRS entwickelt in Zusammenarbeit mit Partnern am Oberrhein eine innovative Technologie zur Rückgewinnung dieser Abwärme. Ein Wärmetauscher wird in direktem Kontakt mit dem zu kühlenden System, z. B. dem Prozessor in einem Server eines Rechenzentrums, angebracht. Der Wärmetauscher ist ein geschlossener vertikaler Kreislauf, der eine Flüssigkeit enthält. Zu Beginn ist diese Flüssigkeit kühler als der Prozessor. Durch die übertragene Wärme verliert die Flüssigkeit an Dichte, steigt nach oben, gibt ihre Wärme ab und fällt unter dem Einfluss der Schwerkraft kälter zurück. Der Kreislauf ist selbsttragend, solange das zu kühlende System heißer als die Flüssigkeit ist. Dieses auf Temperaturunterschieden basierende Zirkulationssystem von Flüssigkeiten wird als Thermosiphon bezeichnet. Er ist hocheffizient, benötigt keine Pumpe und ist selbstregulierend (er enthält keine Elektronik). Während bei den derzeitigen Kühllösungen oftmals umweltschädliche Flüssigkeiten verwendet werden, wird der Wärmetauscher eine umweltfreundliche Flüssigkeit verwenden.

Mehrere Städte auf beiden Seiten des Rheins führen derzeit innovative Projekte zur Rückgewinnung und Wiederverwendung von Abwärme aus der Industrie durch. Letztendlich könnte der Einsatz des Wärmetauschers in der gesamten Oberrheinregion erfolgen. Die mit diesem Gerät zurückgewonnene Wärmeenergie aus Rechenzentren könnte für die städtische Wärmenutzung, die Beheizung der Haushalte oder die Vorwärmung von Warmwasser verwendet werden. Durch die Nutzbarmachung von bisher verschwendeten Wärmeemissionen stellt dieser Ansatz einen großen Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Energiepraxis dar.

• Projektpartner: Universität Straßburg (FR) (Projektträger), CNRS (FR), INSA Strasbourg (FR), Hochschule Karlsruhe (DE)
• Gesamtbudget: 1.000.000 €
• Projektlaufzeit: 01.09.2024 – 31.08.2027

Das Projekt VarioPore bringt eine Innovation in die Krankheitsdiagnose: Der Nachweis von Molekülen mit Hilfe von Nanoporen, um Schnelltests am Ort der Behandlung durchzuführen.

Einige Infektionskrankheiten, wie z. B. die Borreliose (die durch den Biss einer infizierten Zecke übertragen wird), entwickeln sich mit alarmierender Geschwindigkeit, was teilweise auf die globale Erwärmung zurückzuführen ist. Gegenwärtig stützt sich die Diagnose im Allgemeinen auf Tests, die in medizinischen Labors durchgeführt werden und oft kostspielig, zeitaufwändig und manchmal unzuverlässig sind. Dies kann eine wirksame Behandlung verzögern und zu Komplikationen führen.

Die akademischen und industriellen Partner des Projekts VarioPore arbeiten gemeinsam an der Entwicklung einer schnelleren und sichereren Diagnosemethode. Dank einer innovativen Technologie zeichnet sich eine vielversprechende Lösung ab: die elektrische Erkennung von Molekülen über Nanoporen (ein winziges Loch von wenigen Millionstel Millimetern). Die Idee besteht darin, eine Membran, durch welche elektrischer Strom fließt, mit einer Nanopore zu durchbohren. Wenn ein Molekül die Nanopore passiert, verändert sich der elektrische Strom je nach Größe und Form des Moleküls. Diese Veränderung ist eine Art „Signatur“, die für jede Molekülgruppe einzigartig ist. Mithilfe einer Datenbank wird es somit möglich sein, Moleküle, welche die Nanopore passiert haben, genau zu identifizieren.

Die Partner dieses grenzüberschreitenden Projekts bringen ihr komplementäres Fachwissen in diese Innovation ein:

Am KSF (Institute for Advanced Manufacturing) der Hochschule Furtwangen wird diese sehr dünne Membran (40 µm) mit einer Micropore in der Mitte mittels Ultrakurzpulslaser hergestellt.

Mithilfe eines mikroskopischen 3D-Druckers druckt die Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW eine Nanopore auf die bereits hergestellte Mikropore. Diese Nanopore kann in verschiedenen Größen und Formen hergestellt werden. Ziel ist es, mithilfe der verschiedenen Membranen unterschiedliche Molekültypen identifizieren zu können.

Die Université de Haute-Alsace entwickelt eine Technologie, mit der sich die Porengröße mithilfe von Formgedächtnismaterialien verändern lässt. So wird es möglich sein, verschiedene Molekültypen mit ein und derselben Membran, welche unbegrenzt wiederverwendbar ist, zu identifizieren, was die Diagnosekosten senkt und die Zuverlässigkeit erhöht.

IPM (Institute Precision Medicine) der Hochschule Furtwangen ist für den Teil „Diagnostik“ verantwortlich und untersucht, wie die von den anderen Teams entwickelten Membranen eingesetzt werden können.

Diese Forschung wird die Herstellung sehr kleiner und handlicher Diagnosegeräte ermöglichen, die direkt vom medizinischen Personal am Behandlungsort eingesetzt werden können und innerhalb kürzester Zeit zuverlässige Ergebnisse liefern. Während des Projekts werden die Forschungsteams von Partnern aus Medizin und Industrie unterstützt, die den Prototyp testen und so schnell wie möglich zu einem marktfähigen Produkt weiterentwickeln. Die Dynamik des Gesundheitssektors in der Oberrheinregion ist ein wertvoller Trumpf für den Erfolg des Projekts.

Das Projekt VarioPore ist ein Projekt der Wissenschaftsoffensive der trinationalen Metropolregion Oberrhein, das von der Europäischen Union über das Programm Interreg Oberrhein, der Region Grand Est, dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg und dem Ministerium für Wissenschaft und Gesundheit des Landes Rheinland-Pfalz kofinanziert wird. Die Schweizerische Eidgenossenschaft und die Kantone der Nordwestschweiz beteiligen sich an der Finanzierung der Schweizer Projektpartner.

Weitere Informationen zum Projekt: https://www.hs-furtwangen.de/forschung/forschungsprojekte/variopore

• Projektpartner: Hochschule Furtwangen (DE) (Projektträger), Université de Haute Alsace (FR), Fachhochschule Nordwestschweiz – FHNW (CH)
• Gesamtbudget: 1.438.421 €
• Projektlaufzeit: 01.01.2024 – 31.12.2025