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 / Universität Straßburg (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, 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 sanfte Mobilität bevorzugen, in dieser grenzüberschreitenden Region leicht fortbewegen. In der Praxis ist es 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 Authentifizierung, die die Privatsphäre respektiert und auf dem Verhalten der Fahrgäste basiert, ein angemessenes Sicherheitsniveau garantiert und 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 die Reisenden genau und zuverlässig identifiziert werden können.

Innerhalb von zwei Jahren könnten die entwickelten Konzepte und die Software im Rahmen von KVV.regiomove eingesetzt werden, einer Mobilitätsplattform im Raum Karlsruhe, die derzeit an die Mobilitätsplattform des Ortenaukreises angeschlossen wird, mit grenzüberschreitender Anbindung an Straßburg.  Die Technologie wird in den Anwendungen KVV.regiomove und Ortenau Mobil mit Hilfe von Raumobil, dem Unternehmen, das diese Anwendungen entwickelt hat, erprobt. Dank der automatischen Authentifizierung werden sich die Fahrgäste auf den verschiedenen Verkehrsplattformen leicht identifizieren können und dabei von einem hohen Maß an Benutzerfreundlichkeit profitieren. Das Umsteigen zwischen den Verkehrsmitteln wird schnell und einfach. Das Projekt könnte daher für die Oberrheinregion von großem Nutzen sein, da es dazu beitragen wird, den öffentlichen Verkehr attraktiver zu machen.

• 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 entwickeln wird, 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 zweite Version der Orthese angefertigt werden muss, um den Komfort zu verbessern. Die Verwendung von optischen Scannern für präzise Messungen wird durch die Hände des Technikers behindert, die den Fuß bedecken und ihn für den optischen Scanner teilweise unsichtbar machen.

Die Universität Straßburg und ihre Partner bieten eine innovative technologische Lösung für die Messungen: eine intelligente Bandage, die mit Hunderten von Magnetsensoren ausgestattet ist. Diese Sensoren liefern eine Reihe von digitalisierten Punkten, die die anatomische Form, die von der Bandage umhüllt wird, darstellen, die dann mithilfe einer Software rekonstruiert wird. Diese Messungen können für den 3D-Druck einer personalisierten Orthese verwendet werden.

• 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 Hochschule Furtwangen und ihre grenzüberschreitenden Partner forschen gemeinsam daran, eine schnellere und sicherere Diagnose zu ermöglichen. Eine vielversprechende Lösung zeichnet sich dank einer innovativen Technologie ab: der elektrische Nachweis von Molekülen über Nanoporen. Dabei wird ein sehr kleines Loch in eine Membran gebohrt, durch das ein elektrischer Strom fließt. Wenn ein Molekül die Nanopore passiert, wird der elektrische Strom je nach Größe und Form des Moleküls verändert. Diese Veränderung stellt eine Art „Signatur“ des Moleküls dar, die dann „entschlüsselt“ werden muss.

Diese Technologie wird den Bau von sehr kleinen und handlichen Diagnosegeräten ermöglichen, die direkt vom medizinischen Personal in der Arztpraxis eingesetzt werden können und in kurzer Zeit zuverlässige Ergebnisse liefern. Die Poren können ihre Größe und Form unter Einwirkung von Wärme oder Magnetfeldern verändern, so dass sie zum Nachweis verschiedener Moleküle wiederverwendet werden können.

Im Laufe des Projekts werden die Forschungsteams von medizinischen und industriellen Partnern unterstützt, die den Prototyp testen und ihn so schnell wie möglich in ein marktfähiges Produkt umwandeln, um die Patientenversorgung zu verbessern.

• 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