»Die beiden Forschungsorganisationen haben unterschiedliche Philosophien in der Herangehensweise«, beschreibt Prof. Martin Stratmann, Vizepräsident der Max-Planck-Gesellschaft, die Teamarbeit. »Max-Planck lässt sich vor allem vom Erkenntnisgewinn leiten, wobei die Frage möglicher Anwendungen durchaus von Interesse ist. Fraunhofer konzentriert sich zwar stärker auf die Nachfrage nach innovativen Produkten, leistet dazu aber hervorragende anwendungsorientierte Grundlagenforschung.« Gemeinsam ist beiden Organisationen: Sie bearbeiten herausragende Projekte, die einen hohen wissenschaftlichen Anspruch haben und über ein hohes Innovationspotential verfügen. Die Vorhaben sind auch finanziell gewichtig – bis zu zwei Millionen Euro erhält jedes Team jeweils für drei Jahre. »Neunzehn Projekte haben wir bereits auf den Weg gebracht«, freut sich Prof. Ulrich Buller, Fraunhofer-Forschungsvorstand. »Die Ergebnisse tragen dazu bei, Grundlagen für unsere auf Innovationen bauende Gesellschaft zu schaffen. Basis für die Finanzierung der Kooperationen ist der Pakt für Forschung und Innovation, mit dem seit 2005 Bund und Länder dazu beitragen, die Vernetzung der Forschungseinrichtungen in Deutschland auszubauen.«

Künstliches Gewebe aus körper­eigenen Zellen

Eine der Forschergruppen entwickelt maßgeschneiderten Knorpel- und Knochenersatz. »Wir rechnen künftig mit einem steigenden Bedarf an Implantaten, denn wir werden älter und Verschleißerscheinungen im Körper nehmen zu. Zusätzlich gibt es einen Trend zu mehr personalisierter Medizin, das heißt, auf den einzelnen Patienten zugeschnittene Medikamente und Implantate«, erklärt Prof. Thomas Hirth, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart. Er beschreibt die Idee: »Braucht ein Patient ein neues Hüftgelenk, entnehmen wir ihm adulte Stammzellen. Im Labor züchten wir daraus auf einem Nährboden Zellen, die wir dann auf die Oberfläche des Implantats auftragen. Der große Vorteil dieses Vorgehens: Der Körper erkennt das mit eigenen Zellen beschichtete Material nicht als Fremdkörper. Es gibt keine Abstoßungsreaktionen.« Die neuen Biomaterialien für Knochen und Knorpel erarbeiten die Experten mit Kollegen der Max-Planck-Institute für Intelligente Systeme und für Polymerforschung sowie mit zwei Instituten der Universität Stuttgart.

»Wo fühlen sich Zellen wohl? –  das ist die für uns entscheidende Frage«, sagt Hirth. »Um das herauszufinden, untersuchen wir die Wechselwirkung zwischen Materialien und Zellen. Wir bauen nach, was die Natur uns vormacht und schaffen außerhalb des Körpers beste Lebensverhältnisse für die Zellen. Hier ist noch viel Grundlagenforschung notwendig.« Das Expertenteam analysiert zunächst die Wirkung des unmittelbaren Umfelds auf die Zelle. Welche chemische Zusammensetzung liegt vor? Ist die Umgebung weich oder hart? Auf Grund dieser und vieler weiterer Faktoren entscheidet eine adulte Stammzelle beispielsweise: »Ich werde eine Knorpelzelle«.  Um die Prozesse nachvollziehen zu können, haben die Max-Planck-Forscher einen Biochip entwickelt, der unterschiedliche Umgebungen nachbildet. Verschiedene Materialien, zum Beispiel dreidimensionale Matrices aus Polymilchsäure, einem bioabbaubaren und körperverträglichen Polymer, sind auf dem Chip aufgebracht. Auf diesen Strukturen wachsen die Zellen und bilden das Gewebe. »Mithilfe dieses Minilabors erkennen wir experimentell, wie sich die Zellen des Patienten verhalten. Die Chips sind auch die Basis dafür, Gewebe in größeren Mengen herzustellen«, erklärt Prof. Joachim Spatz, Direktor am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme. Es werde jedoch vermutlich noch zehn Jahre dauern, bis es solche Ersatzteile geben wird, meint der Wissenschaftler.

Gesprochene Sprache, Mimik und Gestik analysieren

Bereits in der Anwendung sind dagegen die Ergebnisse eines weiteren Kooperationsprojekts mit dem Namen AVATech. Die Sprachwissenschaftler erforschen die Grundlagen der Kommunikation und zeichnen dazu Sprache, Gestik und Mimik der Menschen auf. Dann werten sie die Audio- und Videoaufnahmen aus. »Es ist uns ein sehr großes Anliegen, Sprachen und Wissen für künftige Generationen zu dokumentieren. Jede Woche stirbt eine der aktuell 6500 Sprachen und mit ihr die Informationen über die Kultur. Es ist jedoch keine einfache Aufgabe, die Kenntnisse zu bewahren: Wir sind am Institut zurzeit mit 200 Terabyte Daten konfrontiert – das sind 200 000 Stunden Videoaufnahmen«, erklärt Dr. Peter Wittenburg, technischer Leiter des Sprachenarchivs am Max-Planck-Institut für Psycholinguistik in Nijmegen. Diese Mengen an Daten können die Experten nicht verarbeiten. Bestehende, für jeweils eine Sprache ausgelegte Spracherkennungssysteme sind hier nicht anwendbar.

»Uns hilft hier das Know-how der Fraunhofer-Spezialisten«, sagt Wittenburg. »Die Kollegen forschen seit vielen Jahren daran, Informationen intelligenter nutzbar zu machen.« Prof. Stefan Wrobel, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Intelligente Analyse und Informationssysteme IAIS in Sankt Augustin ergänzt: »Wir entwickeln mit den Videoexperten vom Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI in Berlin die Grundlagen, um mit vielen Tausend Sprachen umzugehen. Sehr kleine Wortbestandteile, aus denen sich Wörter verschiedener Sprachen zusammensetzen, sind unsere Ausgangsbasis für die Analyse.« Anhand dieser Laute findet die Software der Fraunhofer-Forscher Muster in Tonaufnahmen. Und aus dem HHI kommt das Verfahren, um Mimik und Gesten zu analysieren. Die hierbei notwendigen Algorithmen haben die Wissenschaftler angepasst, damit die Software Videos unterschiedlicher Qualität verarbeiten kann. Die Linguisten sparen nun bis zu 70 Prozent Zeit bei der mühevollen Annotation der Videos.

Die Fraunhofer-Software hat sich bereits in der ARD Mediathek bewährt. Dort können Zu-schauer im Internet beispielsweise Zitate aus der Tagesschau schnell recherchieren. Wittenburg ist von der Zusammenarbeit begeistert: »In unserem Team trifft sich die grundlagenorientierte und anwendungsorientierte Wissenschaft in idealer Weise.«

mehr Info: www.fraunhofer.de/Max-Planck-Kooperationen