Forschung am Institut für Chemie und Biotechnologie

Institut für Chemie und Biotechnologie ICBT - an der Nahtstelle von Wissenschaft und industrieller Praxis.

Unser Institut bringt gezielt Kompetenzen zusammen, die im konvergierenden Fachgebiet von Chemie und Life Sciences immer stärker zusammenwirken müssen. Wir fokussieren auf die Anliegen von KMU, Gewerbe und Industrie in der Pharma-, Chemie- und Umweltbranche.

Langjährige Erfahrung und fachliche Expertise sind in unserem Institut in einer Tiefe und Vollständigkeit kombiniert, die national einzigartig sind. Wir sind im ganzen Spektrum, beginnend bei Molekülen über Organismen bis hin zu nachhaltigen Produktionsprozessen, in technischem Massstab tätig.

Schwerpunkte

Mikro-, Molekular- und Zellbiologie, Tissue Engineering

  • Mikrobielle Biofilme
  • Identifizierung
  • Charakterisierung und Lagerung von Organismen
  • Molekularbiologische Analytik
  • Zellbiologie
  • zellbiologische Diagnostik
  • Kultivierung von Säugerzellen und humanen Primärzellen
  • Tissue Engineering
  • 3D-Gewebemodelle für die Wirkstoffentwicklung.

Chemische und biotechnologische Verfahren und Anlagen

  • Auslegung und Planung chemischer und biotechnologischer Anlagen in den Bereichen Chemie, Pharma, Lebensmittel und Umwelttechnik
  • Biokatalyse
  • Chemische Katalyse
  • Grüne Chemie
  • Kontinuierliche und miniaturisierte Prozesstechnik
  • Kultivierung von Mikroorganismen
  • Modellgestützte Prozessführung
  • Optimierung von biotechnologischen Prozessen
  • PAT und Prozessanalytik
  • Pflanzliche und tierische Zellkulturen
  • Sterile und aseptische Prozesstechnik
  • Strömungssimulation (CFD)
  • Umweltbiotechnologie

Folgende Fachgruppen forschen in diesen Schwerpunkten:

Bioprozesstechnologie

Bioverfahrens- und Zellkulturtechnik

Biokatalyse und Prozesstechnologie

Industrielle Chemie

Umweltbiotechnologie

Synthese und neue Materialien

  • Organische und anorganische Synthese
  • Polymerchemie
  • Nanotechnologie und Funktionsmaterialien

Folgende Fachgruppen forschen in diesen Schwerpunkten:

Funktionelle Materialien und Nanotechnologie

Medizinalchemie, Phytopharmazie und Pharmazeutische Technologie

  • Medizinalchemie
  • Drug design und development
  • SAR
  • Phytopharmazie
  • Galenik chemisch und biotechnologisch hergestellter Medikamente (drug delivery intra- und interzellulär)
  • Qualitätsmanagement und Zulassung

Analytische Chemie

  • Analytische Chemie
  • Neue Methoden der Massenspektronomie, der Chromatographie und der Mikroskopie
  • Multivariate Datenauswertung
  • Mess- und Sensortechnik

Folgende Fachgruppen forschen in diesen Schwerpunkten:

Analytical Technologies

Mess- und Sensortechnik

Biochemie, Proteintechnologie und Bioanalytik

  • Biochemie
  • Proteintechnologie
  • Proteinreinigung
  • Bioanalytik
  • kinetische und thermodynamische Affinitätsmessungen
  • Antibody-drug conjugates
  • Klonierung rekombinanter Proteine und deren posttranslationale Modifikation
  • Diagnostik

Folgende Fachgruppen forschen in diesen Schwerpunkten:

Biochemie

Referenzprojekte

Entwicklung einer Technologieplattform für die skalierbare Produktion von therapeutisch relevanten Stammzellen
Es besteht ein enormer Bedarf an mesenchymalen Stammzellen für die Therapie degenerativer Erkrankungen. Die benötigten Mengen können in der entsprechenden Qualität nicht durch die aktuellen Produktionen in Wannenstapeln bereitgestellt werden.  Zusammen mit einem Industriepartner entwickelte die Fachstelle Bioverfahrens- und Zellkulturtechnik eine auf Microcarriern und gerührten Single-Use-Bioreaktoren basierende Technologieplattform für die kontrollierte Massenproduktion von humanen mesenchymalen Stammzellen aus dem Fettgewebe (hADSCs) und Knochenmark (hBM-MSCs). Auf der Basis von Suspendieruntersuchungen und numerischen Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics, CFD) wurden die maximal tolerierbaren Scherbelastungen der Zellen im Millilitermasstab bestimmt. Anschliessend gelang die Prozessübertragung auf den Benchtop (2 L Arbeitsvolumen) - und Pilotmassstab (50 L Arbeitsvolumen), wobei maximale Expansionsfaktoren von 50 innerhalb von 7 Tagen bei Beibehaltung der Stammzellqualität erreicht wurden.

Projektleitung: Prof. Dr. Regine Eibl


BIOmass for SWiss EnErgy fuTure (SCCER BIOSWEET)
Das Schweizer Kompetenzzentrum für Energieforschung SCCER BIOSWEET widmet sich der Nutzung von Biomasse für die Schweizer Energiezukunft. BIOSWEET ist ein Zusammenschluss von über 60 Partnern aus der Forschung und aus Organisationen des privaten und öffentlichen Sektors. Im Fokus stehen die Entwicklung und Umsetzung von biochemischen und thermochemischen Biomasse-Konversionsprozessen. Das BIOSWEET Netzwerk postuliert die «+100 Petajoule» Bioenergievision für die Schweizer Energiestrategie 2050. Dies entspricht ungefähr einer Verdopplung dessen, was Biomasse heute an Energie liefert. Die Fachstelle Umweltbiotechnologie ist im BIOSWEET Netzwerk mit mehreren Partnern an Projekten im Bioenergiebereich beteiligt. So werden in den durch das Bundesamt für Energie geförderten Projekten «LEVER» und «HYDROFIB» neue Ansätze zur mikrobiologischen Vorbehandlung von Hofdünger und von Fasersubstraten untersucht, um eine Leistungssteigerung der Vergärung zu erreichen. Ein anderes Projekt, «Renewable Methane for Transport and Mobility», befasst sich mit dem «Power-to-Gas» Verfahren, mit welchem mikrobiologisch Wasserstoff und Kohlendioxid in speicherbares Biomethan umgewandelt wird. Dies ermöglicht die Nutzung von erneuerbarer Elektrizität für den Antrieb von Erdgasfahrzeugen.

Projektleitung: Prof. Dr. Urs Baier


Discovery of an activity modulating humanized antibody towards a voltage-gated sodium channel for the therapy of chronic severe pain
Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines neuen und innovativen, auf Antikörpern basierenden Medikamentes zur Behandlung von starken chronischen Schmerzen. Das erwartete Produkt soll spezifisch die Schmerzempfindung blockieren ohne die Nebeneffekte der bisher erhältlichen Schmerzmittel.
Um dies zu erreichen, wird die bahnbrechende Antikörper-Technologie der Firma Numab angewendet in Kombination mit der Expertise der Fachgruppe Zellbiologie (Institut für Biotechnologie) und der Fachstelle Biochemie des Instituts für Chemie und Biologische Chemie.
Die im ersten Teil des Projektes entwickelten Methoden können synergistisch für die Entwicklung eines weiteren Antikörpers verwendet werden, welcher spezifisch metastasierende Formen von Brustkrebs detektiert.

Projektleitung: Prof. Dr. Jack Rohrer

Culture Collection of Switzerland AG, ein Spin-off Unternehmen der Fachstelle Mikrobiologie & Molekularbiologie
Mikrobielle Stämme bieten aufgrund ihrer vielfältigen Stoffwechselleistungen ein enormes Potential in der Biotechnologie zur Herstellung von neuen Wirkstoffen, Enzymen, Proteinen, bioaktiven Verbindungen und Biopolymeren. Mikroorganismen sind ubiquitär und kommen auch an extremen Standorten wie heissen Quellen, Sandwüsten, Gletschern und im Toten Meer vor. Eine Vielfalt an ökologischen Nischen ist von Mikroorganismen besetzt. Diese Biodiversität und die breiten Fähigkeiten der Mikroorganismen gilt es zu erforschen und praktisch zu nutzen. Mit der nationalen Stammsammlung der Schweiz, der Culture Collection of Switzerland (www.ccos.ch) ist an der ZHAW und der Gründerorganisation grow in Wädenswil ein Unternehmen angesiedelt, welches biologische Materialien zusammenträgt, charakterisiert und der Forschung und Entwicklung öffentlich zugänglich macht. Die CCOS hat eine Reihe interessanter Stämme, die im Bereich der Biokatalyse, der Bekämpfung pathogener Bakterien und Pilze, in der Klinik, Diagnostik und Fermentation besondere Eigenschaften besitzen. Die CCOS hält sich an die Umsetzung des Nagoya-Protokolls und gehört Organisationen wie der «European Culture Collection's Organisation», der «World Federation for Culture Collection» und der «Swiss Biotech Association» (SBA) an.

Projektleitung: Prof. Dr. Martin Sievers

miwelt – Discover the hidden world of microbes!
(SNF Nr. 151517, FS Bioprozesstechnologie, Karin Kovar)
Die Fachstelle Bioprozesstechnologie forscht im Bereich der mikrobiellen Biotechnologie in den Spezialgebieten der Physiologie der Pichia pastoris Hefe und Mikroalgen. Hierüber führt sie einen unmittelbaren gesellschaftlichen Dialog. Biotechnologische Herstellungsprozesse wirken heute tief in Alltagsstrukturen hinein: u.a. in der Lebensmittel- und der chemischen Produktion, der Medizin oder bei der Entwicklung alternativer Treibstoffe. Das Wissen über ihre Grundlagen ist für eine Gesellschaft die Voraussetzung dafür, verantwortungsvolle Entscheidungen treffen zu können. Im Rahmen des vom Schweizerischen Nationalfonds (Instrument AGORA) unterstützten Projekts «miwelt» treten die Forschenden deshalb in einen Dialog mit der breiten Öffentlichkeit.
Das miwelt-Projekt besteht in einem intensiven Austausch zwischen Fachpersonen aus Wissenschaft, Kunst und Journalismus, der darauf zielt, Biotechnologie nachhaltig ins öffentliche Bewusstsein zu bringen. Illustrierte Sachgeschichten, thematische Exkursionen und Laborversuche sind elementare Bestandteile dieses Kommunikationskonzeptes, das Interaktionen, gegenseitiges Zuhören und einen offenen Wissenschaftsdialog mit Kindern im Alter von sieben bis zwölf Jahren – sowie ihren Eltern und Lehrpersonen – anregt. Im Rahmen dieses «anderen» SNF-Projekts sorgte das Team bereits für Aufmerksamkeit bei der ScienceComm, eröffnete einen Workshop zum Thema Öffentlichkeitskommunikation bei der Jahrestagung der Schweizerischen Gesellschaft für Mikrobiologie 2015 in Lugano und war bei Forschung Live (200-jähriges Jubiläum der SCNAT) auf den Fussgängerzonen von Zürich präsent.

Projektleitung: Prof. Dr. Karin Kovar

Formen der Zusammenarbeit