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INTERVIEW/019: Leibniz-Gemeinschaft - Ohne Forschungsängste erben ... Prof. Dr. Martin Möller im Gespräch (SB)


Fragen zu den Forschungslandschaften in Deutschland am Beispiel der Leibniz-Gemeinschaft

Aus Anlaß des Jahrespressegesprächs der Leibniz-Gemeinschaft am 24. März 2014 in Berlin

Prof. Dr. Martin Möller über das, was Materialien alles "selbst" können, über Grenzflächen zwischen "Bio" und Synthetik und die Grenzen der Forschung



Daß der Mensch gern die Natur nachahmt, ist nicht neu. Die vielleicht ältesten Dokumente darüber findet man in den Konstruktionszeichnungen "Über den Vogelflug" von Leonardo da Vinci, der darin bereits 1505 versuchte, seine durch Beobachtung gewonnenen Erkenntnisse auf eine Flugmaschine zu übertragen. Vom Streuer à la Mohnkapsel (Raoul Heinrich Fránce 1920), über die der Klette entliehene Klettverschluß-Technik (George de Mestral 1948), den energieeffizienten "Walhaut-Anstrich" für moderne Schiffsrümpfe, den umstrittenen Lotuseffekt für die Badezimmerkeramik bis hin zum künstlichen Muskel in der Robotik versucht der Mensch immer wieder, sich Naturkonzepte, die ihm praktisch, kostensparend oder sonstwie erstrebenswert erscheinen, in Form von technischen Analogkonstruktionen anzueignen, mit mehr oder weniger Erfolg. Während Pfefferstreuer und Klettverschluß als Aushängeschilder einer gelungenen Kombination aus Biologie und Technik, der sogenannten Bionik, gelten, scheitern vor allem kompliziertere Übertragungen aus der Biologie, beispielsweise von Bewegungen, daran, daß den Forschern immer noch Puzzlesteinchen im Gesamtkonzept zu fehlen scheinen. Auch den fortschrittlichsten Roboterbeinen, die nach modernen Erkenntnissen der Muskelkontraktion, Feinsteuerung und Kontrollmechanik einfach nur "gehen" sollen und vielleicht sogar mit einer gewissen Lernfähigkeit ausgestattet wurden, sieht jeder die starren, mechanischen Anteile wie die Bewegungsvorstellungen seiner Konstrukteure an. [1]

Ein Wassertropfen auf dem Blütenblatt einer Butterblume vergrößert optisch als natürliche Lupe die Struktur - Foto: 2009 by Hedwig Storch (CC-BY-SA-3.0 ), via Wikimedia Commons

Praktische Ideen aus der Natur machte sich der Mensch immer schon gerne zu eigen.
Foto: 2009 by Hedwig Storch (CC-BY-SA-3.0 ), via Wikimedia Commons

Der gleichen Idee, intelligente, biologische Problemlösungen technisch nachzuahmen, nur auf einer für den unverstellten Blick wenig zugänglichen, molekularen Ebene, widmet sich auch die "interaktive Materialforschung", die sich vor allem auf dem Gebiet der "biologisch inspirierten Werkstoffe" einem ständig wachsenden Interesse von den Forschenden selbst wie auch von Wirtschaft und Industrie ausgesetzt sieht. Sie beginnt im Grunde dort, wo die herkömmliche Bionik an ihre Grenzen stößt, und will auf synthetischem Wege Strukturen schaffen, die sich auf energetisch unaufwendige Weise selbst regenerieren, reparieren, zusammensetzen, bewegen und an Gegebenheiten anpassen können, wie sie die Evolution längst für lebende Zellen erfunden hat. Kein Wunder, daß ein Institut, das sich maßgeblich diesen ambitionierten, zukunftsorientierten Themen widmet, für die interdisziplinären Forschungsprojekte der Leibniz-Gemeinschaft eine Bereicherung zu sein verspricht. Seit Jahresbeginn ist das Aachener Materialforschungsinstitut, DWI [2], Mitglied in der renommierten deutschen Wissenschaftsorganisation und führt nun den Namen "DWI-Leibniz-Institut für Interaktive Materialien". Sein Direktor, Professor Dr. Martin Möller, gehört zu jenen Vordenkern, die in der Dimension des Winzigkleinen, letztlich der Chemie, schon seit vielen Jahren "unbegrenzte Möglichkeiten" für die Forschung sehen. 2003 wurde er gemeinsam mit Ben Feringa (Universität Groningen, Niederlande), Niek van Hulst (Universität Twente, Niederlande) und Justin E. Molloy (National Institute of Medical Research, London) für die Arbeiten an einem lichtgetriebenen, molekularen Motor, der sich auf Oberflächen bewegt, mit dem "Körber-Preis für die Europäische Wissenschaft" ausgezeichnet. Am 14. September dieses Jahres soll der Wissenschaftler darüber hinaus den Hermann-Staudinger-Preis [3] erhalten. Der Schattenblick sprach mit dem anerkannten Materialforscher, Nanotechniker und Visionär unsichtbarer Mikrowelten am Rande des Jahrespressegesprächs der Leibniz-Gemeinschaft am 24. März 2014 in Berlin über den Vorstoß ins nanoskalige Unbekannte, aber auch über seine Grenzen.

Im Gespräch - Foto: © 2014 by Schattenblick

Biologisch inspirierte Materialforschung ist ein Gebiet, das momentan große Aufmerksamkeit bekommt.
Prof. Dr. Martin Möller
Foto: © 2014 by Schattenblick

Schattenblick (SB): Weshalb war es für das Aachener Materialforschungsinstitut DWI erstrebenswert, Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft und somit DWI-Leibniz Institut für Interaktive Materialien, Aachen, zu werden? Das DWI ist ja bereits an die Rheinisch Westfälische Technische Hochschule, Aachen, RWTH, gebunden. Was macht darüber hinaus eine weitere Integration in eine größere Forschungsorganisation wie die Leibniz-Gemeinschaft für Ihr Institut so attraktiv?

Prof. Dr. Martin Möller (MM): Die Verbindung mit der Aachener Hochschule ist für uns essentiell wichtig und wir tun auch ganz viel dafür. Nichtsdestotrotz war das DWI als ein reines An-Institut [4] bisher in keiner Einrichtung, die einer großen Gesellschaft oder Gemeinschaft angehört, die auf Länderebene in der Gemeinsamen Wissenschaftskonferenz, GWK, [5] oder - speziell für die Leibniz-Gemeinschaft - auf Bundesebene national vertreten ist und sich national für ihre Institute einsetzen kann. Das heißt auch, bei allen Änderungen, die sich ergeben - steuerliche Veränderungen, oder so etwas -, gibt es nun eine Vertretung und damit eine Möglichkeit, sich zu artikulieren. Das einzelne, kleine Institut konnte das nicht. Das ist das eine. Darüber hinaus ist der Mitgliedsstatus natürlich ein Mehrwert an Bedeutung. Wenn ich beispielsweise ins Ausland gehe und sagen kann, wir gehören zur Leibniz-Gemeinschaft, dann ist das etwas ganz anderes, als zu sagen, wir sind ein Institut in Aachen. Und es bedeutet fraglos auch für den Standort Aachen einen Mehrwert. Also, sowohl in der Positionierung gegenüber der RWTH wie auch in der Partnerschaft mit der RWTH haben wir durch die Leibniz-Gemeinschaft eine wesentlich stärkere Position als ein einzelnes, unabhängiges Institut.

SB: Macht sich diese stärkere Position auch in einer besseren Förderung, Bemittelung oder Zuwendung, zum Beispiel bei Publikationsmöglichkeiten, bemerkbar?

MM: Die institutionelle Förderung durch Bund und Länder ist eine Stärkung. Das ist für uns auch ein finanzieller Aufwuchs gewesen. Ich hatte im Pressegespräch bereits die IP-Rechte [6] angesprochen, also die Schutzrechtssituation. Wenn das kleine An-Institut in die Hochschulverwaltung geht, um Schutzrechte zu verabreden, ist das etwas ganz anderes, als wenn es um die Absicherung der Schutzrechte für ein Leibniz-Institut geht. Jetzt muß ich einfach nur anrufen, um mir diese von der anderen Seite her bestätigen zu lassen. Also, ich bin fest davon überzeugt, all die vielen kleinen Institute, die es heute noch gibt, die teilweise wie das DWI in den 50er Jahren entstanden sind, werden es in der Zukunft diesbezüglich immer schwerer haben.

SB: ... ohne die Rückendeckung größerer Verbünde ...

MM: Ja genau, ohne die Rückendeckung eines großen Verbands.

SB: Trägt die Integration in die Gemeinschaft auch zur Verkürzung von anderen Wegen bei, beispielsweise denen der Verständigung oder des Informationsflusses zwischen einzelnen Leibniz-Instituten?

MM: Genau, das ist noch ein weiterer Aspekt. Es gibt jetzt innerhalb der Leibniz-Gemeinschaft mit uns drei Institute, die ähnlich ausgerichtet sind: das Institut für Interaktive molekulare Materialien, das Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken (INM) und das Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.. Schon während des Aufnahmeverfahrens entwickelte sich unter uns ein ganz anderer Kontakt. Es gab natürlich von der fachlichen Seite her auch vorher schon Schnittflächen. Ich war im wissenschaftlichen Beirat in Saarbrücken, ich war sogar im Kuratorium in Dresden. Das waren meine eher persönlichen Kontakte. Und jetzt haben wir über das Wettbewerbsverfahren hinaus neue Möglichkeiten, daß wir die Institute zusammenbringen können. Fördermittel spielen immer wieder eine große Rolle, besser gesagt die Frage, wo kommt das Geld her. Ich nenne mal ein Beispiel: Die Zusammenarbeit mit Jülich als Helmholtz-Gemeinschaft ist nicht deswegen häufig schwierig, weil wir keine gemeinsamen Interessen, weil wir nicht die besten Absichten oder keine interessanten Projekte haben, sondern weil die grundsätzlichen Förderströme ganz anders gesteuert sind. Natürlich muß sich jeder Forscher danach richten, woher er das Geld bekommt, mit dem er seine Forschung bezahlt. Und wenn das besondere Randbedingungen oder eine besondere Ausrichtung erfordert, dann paßt das manchmal plötzlich nur zeitlich nicht mehr zusammen. Der eine muß es dann in diesem Jahr machen und der andere hat die Chance erst in einem anderen Jahr.

SB: Sind darüber hinaus die Vorteile der größeren Gemeinschaft nach diesen wenigen Monaten schon spürbar?

MM: Ja. Wir sind jetzt das erste Mal in den Leibniz-Wettbewerb, das frühere SAW-Verfahren [7], eingestiegen. Natürlich richten wir uns dabei intensiv nach den Kriterien, die dafür vorgesehen sind. Allerdings mußten wir bereits im Vorfeld des Aufnahmeverfahrens gewissermaßen zum Leibniz-Musterschüler werden. Neuaufnehmen ist oft an stringentere Bedingungen geknüpft, als schon drinnen sein und drinnen bleiben. Daher haben wir uns sehr eingehend damit beschäftigt, wie die anderen Institute arbeiten, wie wir in Zukunft arbeiten werden, und auf die Art und Weise dann auch punktuell - also noch nicht mit allen anderen 88 Leibniz-Instituten - Zusammenhänge festgestellt.

Dargestellt sind zwei in drei Abschnitte gegliederte Makromoleküle. Block A hat die Funktion, gezielt mit anderen Partikeln in Wechselwirkung zu treten; Block C kontrolliert die Löslichkeit. Durch Aggregation schließen sich diese Triblock-Terpolymere zu Nanopartikeln zusammen, aus denen wiederum durch Co-Aggregation eine Großstruktur entsteht, die in der Darstellung einer Schmetterlingsraupe ähnelt. - Grafik: © 2013 by Forschungsgruppe Prof. Axel Müller (Pressebild)

Raupenmizelle - Ein Beispiel für interaktive Materialien, die durch Selbst-Aggregation, einer Templat-Reaktion nach dem LEGO-Steinchen-Prinzip, zusammenfinden.
Illustration zu einer Arbeit, die ein Nachwuchswissenschaftler des DWI, Dr. Andreas Walther, gemeinsam mit Kollegen aus anderen Instituten 2013 in der Fachzeitschrift "Nature" veröffentlichte.
Grafik: © 2013 by Forschungsgruppe Prof. Axel Müller (Pressebild)

SB: Von der anderen Seite aus betrachtet, was macht das DWI und Ihr Forschungsgebiet für die Leibniz-Gemeinschaft interessant, beziehungsweise womit beschäftigen Sie sich und was verstehen Sie genau unter interaktiven Materialien?

MM: Unter dem Begriff "interaktiv" versteht man eigentlich diese ganzen "Selbsts", also: "selbstbewegend", "selbstheilend", "selbstreinigend" oder auch "selbstreplizierend", darunter fallen auch die sogenannten Templat-Reaktionen [8]. Das sind chemische Reaktionen, in denen man etwas wieder abbilden und anschließend aktiv machen kann, eine der großen Herausforderungen heutzutage. Aus meiner Sicht - das sage ich jetzt mal so kraß - ist es überhaupt die größte Herausforderung für die Materialwelt. Wie können wir Stoffe mit aktiven Eigenschaften ausstatten, wie können wir sie dazu bringen, daß sie adaptiv (anpassungsfähig) sind?

Nehmen Sie zum Beispiel mal eine Sonnenblume. Die weiß immer, woher die Sonne scheint und richtet ihre Blüte den ganzen Tag danach aus. Nehmen wir dagegen eine Photovoltaik-Anlage, dann brauchen wir mindestens einen Sensor und einen Motor, damit dann auch das Panel der Sonne nach ausgerichtet werden kann. Können wir solche Funktionen wie bei der Blume mit ins Material hineinbringen? Das sind die Fragen, die wir uns stellen.

Eine Sonnenblume richtet ihre Blüte nach dem Licht aus. - Foto: 2005 Nick 1915 (CC-BY-SA-2.0 Germany, via Wikimedia Commons

Die größte Herausforderung an die Materialwelt.
Wie können wir Stoffe mit aktiven, adaptiven Eigenschaften ausstatten?
Foto: 2005 Nick 1915 (CC-BY-SA-2.0 Germany, via Wikimedia Commons

SB: Braucht man das alles im Wesentlichen dann auch in Form von organischen Materialien?

MM: Ja, deswegen auch mein Begriff "Makromolekulare Materialien". Um das zu erzeugen, brauchen sie diese große Komplexität, sie brauchen letztlich so etwas wie ein System. Das System muß einen eigenen Antrieb haben, es muß auch eine Energiequelle haben und es muß in der Lage sein, Arbeit zu leisten. Die Energie kann von außen über Strahlung reinkommen, sie kann auch so, wie wir das von Pflanzenzellen, also von natürlichen Zellen, kennen, durch kleine Kraftwerke erzeugt werden, die man dann in das Material einbauen muß. Wir kennen solche kleinen Kraftwerke im Prinzip ja auch in grober und ein bißchen größerer Form als Batterien oder Akkumulatoren. Also, wie läßt sich so etwas Miniaturisieren und mit ins System einbringen?

SB: Da drängt sich eine etwas ketzerische Zwischenfrage auf, da Sie vorhin "interaktiv" mit dem Begriff des 'Selbst' in Verbindung gebracht haben, der ja sehr modern ist: Wenn Sie für selbstadaptive Materialien eine Energiezufuhr brauchen, wie vereinbart sich das noch mit der Eigenständigkeit des sich 'selbst'ausrichtenden Materials?

MM: Entweder muß die Energie im Material selbst gespeichert sein, so daß sie abgerufen werden kann oder sie muß von außen zugeführt werden.

SB: ... oder vorher schon zugeführt worden sein, als Batterie, als Ladetrennung oder etwas ähnliches? Dann müßte man aber auch wieder mit einer Art Materialermüdung rechnen, wenn diese "materielle Energie" verbraucht sein wird.

MM: Nun, auch die Erde ist in dem Sinne ja kein abgeschlossenes System, sondern sie und alles Leben darauf brauchen die Energie der Sonne.

SB: Welche Ausgangsstoffe oder Rohstoffe wollen Sie für diese "intelligenten" Mikrosysteme nutzen?

MM: Wir haben es mit drei verschiedenen Arten von Materialien zu tun. Die drei Säulen oder die Kompetenzbereiche des DWIs sind die Makromolekulare Chemie oder Polymer-Chemie, die Biotechnologie und die chemische Verfahrenstechnik. Aus der makromolekularen Chemie gewinnen wir synthetische, auch immer komplexer aufgebaute Materialien, also all das, was ein Chemiker machen, besser gesagt synthetisieren kann. Aus der Biotechnologie kommen biologische Komponenten. Biotechnologische Materialien sind heute schon sehr vielfältig. Wir können Proteine beispielsweise durch Zellen herstellen lassen, aber auch biohybride Strukturen, das heißt synthetische Materialien, in die wiederum biologische Moleküle eingefügt werden, wobei dann häufig die Funktionalität aus den biologischen Komponenten kommt. Die Natur kann diese Dinge nach wie vor viel besser bauen, als der beste Synthetiker.

Ein Baum aus Blech und Modulen. Der Solarbaum am Hauptplatz ist das Wahrzeichen von Gleisdorf. - Foto: 2005 by Anna Regelsberger (CC-BY-SA-3.0), via Wikimedia Commons

'Die Natur kann diese Dinge nach wie vor viel besser bauen.'
Die Blätter des 'Solarbaums' brauchen Sensoren, Motoren und mechanische Ausrichtungsvorkehrungen.
Foto: 2005 by Anna Regelsberger (CC-BY-SA-3.0), via Wikimedia Commons

SB: Wären beispielsweise in diese biologischen Komponenten dann bereits die Anlagen für die Energieumwandlung integriert?

MM: Ja, sie brauchen sogenannte "Compartments", also verschiedene, abgegrenzte Abteilungen, in denen Moleküle mit unterschiedlichem, chemischen Potential vorkommen, von denen dann auch die Energie erzeugt wird. Die Natur hat das in der Pflanzenzelle perfekt vorgemacht. Sie "kompartimentisiert" wie ein Weltmeister, das heißt, man findet dort überall Membranen mit eingebauten Transportmechanismen. Und über diese Mechanismen entstehen eigentlich aus einzelnen Molekülen komplexe Systeme. Solche Konzepte auch in synthetische Materialien umzusetzen, ist eine wissenschaftliche Herausforderung. Dafür haben wir heute den Begriff 'Bio inspired Material Engineering', also biologisch inspirierte Materialforschung. Das ist momentan ein aufstrebendes Gebiet, das sehr großen Zulauf bekommt. [9]

SB: Bei der Vorsilbe "bio" in "Bionik" oder "bio-inspiriert" denkt man sofort an natürliche, umweltfreundliche Stoffe und Substanzen, biologische Materialien. Wie verhalten sich die veränderten Naturobjekte, wenn sie wieder zurück in die Natur entlassen werden oder wenn sie - "inter-" oder "selbstaktiv" - vielleicht einmal aus den für sie vorgesehenen Systemen oder Bereichen "ausbrechen". Könnte es da Probleme geben oder rechnen Sie damit?

MM: Das kann ich am besten an der konkreten Fragestellung darstellen: Wir haben im Moment ein Forschungsprojekt, in dem wir uns damit beschäftigen, sogenannte Schwimmer zu entwickeln. Mikroschwimmer sind winzig kleine, kolloidale Teilchen, die einen eigenen Antrieb haben, so daß sie gerichtete Bewegungen ausführen können. Wenn wir ihnen diesen Antrieb nehmen, dann sind sie so gut wie tot. Ihre Antriebsenergie erfolgt durch Infrarotstrahlung von außen. Also, so wie die Erde das Sonnenlicht aufnimmt, absorbieren diese die Wärme und können dadurch angetrieben werden. Der Antrieb kann aber auch über einen katalytischen Prozeß erfolgen. In dem Fall muß man halt einen Treibstoff, ein sogenanntes "Fuel", also eine Chemikalie, dazugeben, die dann umgesetzt werden kann. Ein ganz fundamentales, grundsätzliches Problem ist dabei: Kann ich kleine Teilchen dazu bringen, sich längs eines Rohres in eine bestimmte Richtung zu bewegen? Kann ich das nach Wunsch anstellen, abstellen, und so weiter? Wenn Sie sich dann am Ende mal anschauen, wie das in diesem Beispiel gelöst wird, dann ist das so einfach, daß es auf jeden Fall beherrschbar ist. Da stellt sich die Frage, die Sie gestellt haben, gar nicht mehr.

Wenn Sie nun eine ganz andere Fragestellung nehmen, zum Beispiel antimikrobielle Polymere beziehungsweise antimikrobielle Peptide oder Proteine: Davon haben wir sehr viele in unserem Körper, die uns vor dem Befall mit irgendwelchen Mikroben schützen. Sie sorgen beispielsweise dafür, daß unsere Schleimhäute im Auge nicht plötzlich schimmeln. Diese Peptidmischung ist ein komplizierter Cocktail, der dann funktioniert und wirkt, wenn unerwünschte Mikroorganismen auftauchen. Das hat nichts mit Antibiotika zu tun. Die wirken anders.

Solche antimikrobiell wirksamen Makromoleküle kann man - was wir zunehmend tun - auch synthetisch nachbauen sowie verbessern, also auf bestimmte Wirkungen hin maßschneidern, um zum Beispiel eine größere Haltbarkeit zu erzielen. Denn Peptide oder Proteine werden ja auch sofort enzymatisch abgebaut, wenn man sie einfach auf irgendeine Oberfläche gibt, auf der sich keine Bakterien entwickeln sollen. Hier stellt sich dann die berechtigte Frage: Was würde passieren, wenn so ein besonders haltbares "Mikrobengift" ins Trinkwasser, Grundwasser oder Oberflächenwasser gelangt? Kurzum: Das darf nicht passieren! Es muß also entsprechend fest auf der betreffenden Oberfläche fixiert werden, daß es ausschließlich beim Kontakt mit der Mikrobe seine Wirkung entfaltet.

Also da besteht eine Verantwortlichkeit in dem Sinne, daß ich nicht einfach irgendein Gift entwickeln und dann sagen kann, was damit später passiert, interessiert mich weiter nicht. Diese Verantwortlichkeit besteht offiziell schon lange. Dafür hat die EU eine Biozid-Richtlinie entwickelt und wenn wir die nicht befolgen, produzieren wir etwas, das niemand haben will. Also das ist geregelt, da brauchen wir uns eigentlich keine Gedanken zu machen. Aber dies wäre im Prinzip so ein Beispiel für die Probleme, mit denen wir rechnen müssen.

SB: Ja, unzerstörbare Biozide würden sicher einiges in der Natur durcheinanderbringen, das ist ein gutes Beispiel. Der Mikroschwimmer, von dem Sie ebenfalls sprachen, erinnert mich daran, daß Sie anläßlich der Verleihung des Körberpreises 2003 davon sprachen, einen molekülgroßen "Nanobot" [10] zu bauen? Ist das Experiment jemals geglückt?

MM: Ja. Das ist es. Dabei handelt es sich tatsächlich um diese Mikroschwimmer. Aber ich muß dazu sagen, damals wollten wir das im molekularen Maßstab machen. Das ist zwar ansatzweise gelungen, hat sich in dieser Größe aber als viel zu kompliziert erwiesen. Jetzt machen wir die Teilchen etwas größer. Es sind also nicht mehr einzelne Moleküle, keine Nanobots in dem Sinne. Im Mikromaßstab geht das viel besser.

SB: Nanomaschinen, wie man sie vielleicht aus utopischen Romanen kennt, sollten ja auch helfen, einige Probleme der Menschheit zu lösen, zum Beispiel in Form von super-minimalinvasiver Chirurgie Krebszellen zu zerstören, Blutverklumpungen aufzulösen oder auch CO2- Moleküle einzusammeln, um den Klimawandel aufzuhalten und anderes mehr. Werden solche, natürlich noch nicht realisierbaren Träume immer noch mit diesem Forschungsbereich verknüpft?

MM: Die Probleme der Menschheit zu lösen, ist vielleicht ein etwas zu hoch gestecktes, ein etwas vermessenes Ziel, aber den Traum, durch Systeme, die autonom reagieren, die adaptiv sind, Dinge machen zu können, die effizienter sind, die nachhaltiger sind und die selbststeuernd sind, gibt es natürlich immer noch. Wenn wir beispielsweise mit weniger Energie auskommen wollen, dann müssen wir auch dafür sorgen, daß nur noch das gemacht wird, was wirklich notwendig ist und daß nicht irgendwo Energie verpufft. Wenn wir mit weniger Chemikalien auskommen wollen, dann müssen wir dafür sorgen, daß sie nur noch punktuell dort auftauchen oder abgeliefert werden, wo sie auch wirklich gebraucht werden, und auch dafür, daß sie wieder abgebaut werden. Daraus ergeben sich ganz große Herausforderungen, die auch Themen des DWIs sind. Nehmen Sie nur den ganzen Bereich des Tissue Engineerings. [9] Wie können wir Strukturen erzeugen, in denen Zellen so wachsen, daß letztlich ein funktionierendes Gewebe daraus wird, das man einsetzen kann. Dieses relativ neue Thema, "Microtissue Engineering", gehen wir gerade an. Darüber kann ich allerdings noch nicht viel erzählen...

Schema des Tissue Engineerings, von der Gewebeentnahme über Zellisolation, Zellkultur, -vermehrung bis zum Implantat. - Grafik: by Rongen (CC-BY-SA-3.0), via Wikimedia Commons

Wie kann man mit Tissue Engineering Strukturen erzeugen, in denen Zellen so wachsen, daß letztlich ein funktionierendes Gewebe daraus wird?
Das Prinzip ...
Grafik: by Rongen (CC-BY-SA-3.0), via Wikimedia Commons

Bioreaktor zur Gefäßprothesenkultivierung, der mit Schläuchen versorgt wird und eine rötliche Plasmaflüssigkeit enthält - Foto: by HIA (CC-BY-3.0), via Wikimedia Commons

Der Prozeß ...
Foto: by HIA (CC-BY-3.0), via Wikimedia Commons

SB: Das fällt dann vermutlich schon unter das IP-Recht oder das Betriebsgeheimnis?

MM: Nein, Tissue Engineering ist nur ein sehr großes Gebiet, an dem jetzt viel geforscht wird. Es geht dabei ja genau um diese Grenzfläche: Biologie und synthetisches Material. Ich erwähnte bereits die biohybriden Strukturen. Wenn Sie eine Zelle oder ein Zellgewebe mit einem Fremdmaterial in Kontakt bringen, dann erkennt die Zelle, daß da etwas anders ist und reagiert entsprechend darauf. Und wir beschäftigen uns mit der Frage: Wie reagiert sie genau darauf und was muß man tun, damit sie so darauf reagiert, wie es sein soll, um im Zweifelsfall also ein gesundes Gewebe dabei zu entwickeln. Das ist zum Beispiel bei der offenen Wundheilung wichtig. Sie können Verbandsmaterial bis hin zu den Implantaten an der Oberfläche so modifizieren, daß die Heilung besser abläuft.

Durch Gewebezüchtung hergestellte Gefäßprothese. - Foto: by HIA (CC-BY-3.0), via Wikimedia Commons

Das Produkt!
Microtissue Engineering befaßt sich unter anderem mit den Oberflächen von Implantaten.
Foto: by HIA (CC-BY-3.0), via Wikimedia Commons

SB: Eine Frage, die mich bei diesen kleinsten Dimensionen immer bewegt, ist, wenn man sich als Forscher mit den Vorstellungen der Makrowelt in diese Mikrowelten wagt, dringt man in Bereiche ein, die der Mensch mit seinen Sinnesorganen noch nie gesehen hat und eigentlich überhaupt nicht wahrnehmen kann. Macht Ihnen das manchmal Sorgen?

MM: Nein, nicht wirklich. Unsere naturwissenschaftliche Welt ist ganz wesentlich durch Darwin geprägt, durch die darwinschen Vorstellungen der Evolution, die wir grundsätzlich akzeptieren. Es gibt zwei Möglichkeiten, wenn ich von der Seite des Lebens komme, also von den Forschungsgegenständen, die heute im Rahmen der Life-science-Forschung intensiv betrieben werden, stoße ich bereits sehr viel schneller auf ethische Probleme, die zudem viel größer sind, wenn ich beispielsweise nur an die Pränatale Diagnostik denke.

Wenn ich aber - wie wir - von der anderen Seite, also von der toten Materie her komme, ist der Weg in diesen Grenzbereich zum Lebenden noch so unglaublich weit, so lang, daß noch keine ethischen Probleme auftauchen. Und wenn man überlegt, daß in der Ursuppe irgendwann einmal tote Moleküle zusammengefunden haben und dann über Millionen, Milliarden Jahre hinweg Leben daraus entstanden ist, dann muß ich mich doch nicht vor dem, was wir machen, betroffen abwenden oder befürchten, daß daraus morgen gleich etwas ganz Schreckliches entsteht.

Also, ethische Probleme werden wir in der gesamten Entwicklung immer wieder haben und wir müssen damit umgehen lernen, aber - und das ist jetzt meine Antwort auf Ihre Frage - zur Zeit ist der Stand unserer Forschung noch sehr weit weg von wirklich dringenden, ethischen Problemen. Da gibt es momentan ganz andere Bereiche, die viel interessanter oder viel wichtiger sind.

SB: Um meine Frage genauer zu fassen: Wenn wir in diese mikroskaligen oder nanoskaligen Bereiche vordringen, verlassen wir den mit normalen Sinnesorganen kontrollierbaren Bereich und müssen uns zunehmend auf Modellvorstellungen und auf die Mathematik wie auf die Umsetzung von beidem in Form von Computersimulationsprogrammen verlassen, die dann auf dem Bildschirm darstellen, was das Auge nicht sehen kann. Wie kann man sich da sicher sein, daß nicht nur die Vorstellung, die man ohnehin hatte, kolportiert wird? Oder daß man mittels dieser Hilfsmittel nur das sieht, was man ohnehin sehen wollte und/oder dabei vielleicht etwas Wesentliches übersieht?

MM: Nun, wir arbeiten ja experimentell. Gute Forschung ist immer von Hypothesen getrieben. Das heißt, es gibt eine Arbeitshypothese, es gibt ein Experiment, mit dem diese Hypothese überprüft wird und es gibt schließlich ein Ergebnis. Die Schritte sind meist relativ klein. Und über diese experimentelle Verifizierung steuere ich meine Vorgehensweise. Natürlich kommt da auch manchmal der Punkt, daß ich meine Forschung unter dem Gesichtspunkt ausrichte, etwas Bestimmtes zu erreichen.

Wenn ich beispielsweise einen molekularen Motor machen möchte, der hier losläuft und da drüben ankommt, dann ist das zweckbestimmt. Die Zweckbestimmung ist ein sehr wichtiger Aspekt. Wir machen uns heute aus verschiedenen Gründen viel häufiger Gedanken darüber, ob es Sinn macht, sich mit etwas zu beschäftigen oder unter welchem Gesichtspunkt etwas nützlich sein kann. Trotzdem bleibt primär auch die Kenntnisbestimmung ein wichtiger Aspekt. Was auch immer ich mir als Hypothese vorstelle, unter bestimmten Bedingungen erreichen zu können, ob meine Vorstellung wirklich zutrifft oder nicht, ist letztlich ausschlaggebend. Das ist in der Chemie sehr einfach zu überprüfen.

SB: Herzlichen Dank, Herr Prof. Möller, daß Sie sich die Zeit genommen haben.


Fußnoten:

[1] Beispiel für einen angeblich stabilen Roboter mit natürlichen Bewegungsmustern:
http://www.robonews.de/2013/04/humanoider-roboter-coman-aus-italien-robuster-menschenroboter-mit-naturlichen-bewegungsmustern/

[2] Das Aachener Materialforschungsinstitut DWI (ehem. Deutsches Wollforschungsinstitut)

[3] Der Hermann-Staudinger Preis wird vom Vorstand der Gesellschaft Deutscher Chemiker GDCh zur Erinnerung an Hermann Staudinger (1881 - 1965), dem Vater der modernen Polymerchemie, alle zwei Jahre an Wissenschaftler/innen verliehen, die besondere Verdienste auf dem Gebiet der Makromolekularen Chemie erworben haben.

[4] Als "An-Institut" werden organisatorisch sowie rechtlich eigenständige Forschungseinrichtungen bezeichnet, die einer deutschen Hochschule "an"gegliedert sind. Sie haben jeweils eine private Rechtsform, zum Beispiel als GmbH. Anteilseigner können in verschiedenen Kombinationen Staat, Universität, Trägerverein, Professoren und Industrie sein.

[5] Die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz, GWK, behandelt alle Bund und Länder gemeinsam berührenden Fragen der Forschungsförderung, der wissenschafts- und forschungspolitischen Strategien und des Wissenschaftssystems.
http://www.gwk-bonn.de/index.php?id=252

[6] IP steht eigentlich für geistiges Eigentum (intellectual property, kurz IP). Damit bezeichnet man all jenes Wissen und Kulturgut, das sich ein Mensch durch geistige Anstrengungen wie Lernen, Forschen, Nachdenken, Lesen oder auch Diskutieren zu eigen gemacht hat. Hier wird der Begriff IP-Rechte mit Urheberrechten und gewerblichen Schutzrechten gleichgesetzt.

[7] Der Leibniz-Wettbewerb (vormals Senatsausschuß Wettbewerb (SAW)-Verfahren) ist das interne Wettbewerbsinstrument der Leibniz-Gemeinschaft um Forschungsmittel. Der SAW bewertet die Anträge in Konkurrenz zueinander und nach Kriterien wissenschaftlicher Exzellenz. Auf der Grundlage der Empfehlungen des SAW entscheidet der Senat der Leibniz-Gemeinschaft, welche Vorhaben gefördert werden. Finanziert wird das interne Wettbewerbsverfahren aus Mitteln des "Pakt II" in Höhe eines von der GWK beschlossenen Betrags von rund 30 Mio. Euro je Verfahrensrunde.

[8] Template sind eine Art Schablone: Moleküle, die nur durch ihre Anwesenheit bewirken, daß bei einer chemischen Reaktion eine bestimmte Sorte von Molekülen entsteht oder diese Moleküle eine ganz bestimmte Form haben. Lange Zeit wurden solche Template hin und wieder durch Zufall entdeckt. Inzwischen gibt es dafür Sonderforschungsbereiche.

[9] Bionik und ihr spezieller Bereich "Bio-inspired Materials" bekommen derzeit weltweit viel Aufmerksamkeit:
http://193.174.251.231/deutsch/VE_termine.html

oder
http://www.biokon.de/veranstaltungen/

[10] Unter Nanobots oder Nanorobotern versteht man - noch hypothetische - autonome Maschinen im atomaren Maßstab als eine der Entwicklungsrichtungen der Nanotechnologie. Nanobots könnten, wenn sie zur Manipulation einzelner Atome und Moleküle fähig sind (auch Assembler genannt) einmal für viele Aufgaben im täglichen Leben eingesetzt werden und dabei Material und Energie einsparen. Gefürchtet werden vor allem die Folgen, wenn solche selbstreplizierenden Systeme außer Kontrolle geraten.


Weitere Berichte und Interviews zu den Forschungslandschaften Deutschlands finden sie hier:
http://www.schattenblick.de/infopool/bildkult/ip_bildkult_report_interview.shtml

INTERVIEW/011: Leibniz-Gemeinschaft - Universaloption und Grenzen, Prof. Karl Ulrich Mayer im Gespräch (SB)
http://www.schattenblick.de/infopool/bildkult/report/bkri0011.html

INTERVIEW/012: Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften - Gelehrte, Forscher, Brückenbauer, Prof. Günter Stock im Gespräch (SB)
http://www.schattenblick.de/infopool/bildkult/report/bkri0012.html

INTERVIEW/017: Leibniz-Sozietät - Über den Tellerrand ... Prof. Dr. Gerhard Banse im Gespräch (SB)
http://www.schattenblick.de/infopool/bildkult/report/bkri0017.html

INTERVIEW/018: Leibniz-Gemeinschaft - Horizonte der Nachhaltigkeit, Prof. Dr. Reiner Brunsch im Gespräch (SB)
Interview mit Prof. Dr. agr. habil. Reiner Brunsch über die vielschichtigen Herausforderungen an die Agrartechnik vor Problemstellungen des globalen Wandels
http://www.schattenblick.de/infopool/bildkult/report/bkri0018.html

und
http://www.schattenblick.de/infopool/bildkult/ip_bildkult_report_bericht.shtml

BERICHT/031: Leibniz-Gemeinschaft - Anspruch und Wirklichkeiten? (SB)
http://www.schattenblick.de/infopool/bildkult/report/bkrb0031.html

11. Mai 2014