Neuartige medizinische Diagnose- und Therapieverfahren, die Synthese von Biomolekülen oder die pharmazeutische Wirkstoffsuche kommen ohne die kompetente und zuverlässige Prozessierung und Charakterisierung hochkomplexer biologischer Proben nicht aus. Der Nutzwert von lebenden Einzelzellen, Zellgemischen oder Zelllysaten für entsprechende Anwendungen wird dabei insbesondere von deren Vitalität und Funktionalität bestimmt. Daraus ergeben sich hohe Ansprüche an die Kompatibilität technischer Systeme mit den Anforderungen der biologischen Proben. Basierend auf Konzepten aus Mikrosystem-, Oberflächen- und Nanobiotechnologie, sowie biotechnologischer und molekularbiologischer Verfahren werden in diesem Kontext in der Abteilung Zelluläre Biotechnologie mehrere Ansätze verfolgt: Für die schonende Handhabung, präzise Steuerung und Analyse lebender Zellen werden Lab-On-Chip-Systeme entwickelt. Durch eine geschickte Kombination steuerbarer Polymeroberflächen, dielektrophoretischer Elemente und fluidischer Mikrokanäle lassen sich in den Chips wichtige Aufgaben erledigen: Mikrometergenaue Positionierung von Zellen und Zellclustern für die Mikroskopie, Sortieren heterogener Zellpopulationen, Aktivierung und Differenzierung von Zellen mittels oberflächenvermittelter und chemotaktischer Stimuli sowie schonende und enzymfreie Ablösung von Zellen von ihrem Kultivierungssubstrat sind hier als wichtige Beispiele zu nennen.

Die dazu entwickelte Expertise wird in einem zweiten Ansatz eingesetzt, um das Potenzial der zellfreien Proteinsynthese für eine industrielle Nutzung auszuschöpfen. Dieses seit kurzem an unserem Standort etablierte Herstellungsverfahren nutzt aufbereitete Zelllysate und umgeht dadurch viele Hindernisse der In-vivo-Produktion von Biomolekülen in Organismen. Durch die Optimierung der biologischen Prozessabläufe in definierten mikrofluidischen Reaktionsumgebungen erwartet die Abteilung Zelluläre Biotechnologie substanzielle Verbesserungen bei Qualität und Ausbeute dieses Verfahrens. Zugleich schafft sie mit diesem Ansatz auch die Voraussetzung für die Herstellung wichtiger Proteinklassen, z. B. Ionenkanäle oder anderer Membranproteine, die bisher weder mit In-vivo- noch mit In-vitro-Methoden in hinreichenden Mengen produzierbar sind.

Schließlich beschäftigt sich die Extremophilenforschung der Abteilung mit kälteangepassten Schneealgen. Deren Nutzung als Produktionssysteme zur Gewinnung hochwertiger Substanzen wie z. B. Antioxidantien (Carotinoide und Vitamine), eisstrukturierender Proteine (ice structuring proteins, ISP) oder auch Fettsäuren steht dabei im Mittelpunkt. Begleitend werden produktoptimierte Photobioreaktoren entwickelt. Die Kultursammlung CCCryo dient dabei als einzigartige Bioressource, die von Interessenten sowohl aus dem akademischen als auch privatwirtschaftlichen Bereich genutzt wird.