3-D-Druck-Forscher Dr. Ivan Minev

Dr. Ivan Minev leitet am Biotechnology Center TU Dresden (BIOTEC) eine Forschungsgruppe, die bioelektrische Stoffe entwickelt, mit denen sich im Körper eines Patienten Gewebe heilen lässt. Zum Einsatz kommen dabei biotechnologische Verfahren, aber auch 3-D-Drucker. Gefördert wird seine Arbeit vom Freigeist-Fellowship der VolkswagenStiftung. Im Gespräch erzählt der Physiker, wie sein Ansatz funktioniert und was 3-D-Drucker heute und in Zukunft leisten können. Das Interview führte André Boße.

Zur Person

Dr. Ivan Minev, Foto: BIOTEC
Dr. Ivan Minev, Foto: BIOTEC

Dr. Ivan Minev forscht seit Juni 2016 als Gruppenleiter am Biotechnology Center TU Dresden (BIOTEC) zu elektronischen Gewebetechnologien. Zuvor war er an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) als Post- Doctoral Research Associate tätig, wo er neuroprothetische Implantate für verletztes Rückenmark entwickelte. Seine Promotion absolvierte er am Department of Engineering der University of Cambridge. Während dieser Zeit von 2008 bis 2012 erforschte er Materialien und Technologien für dehnbare elektronische Geräte und untersuchte dünne Metallschichten auf elastischen Substraten für biomedizinische Anwendungen.

Herr Dr. Minev, was hat Sie zu Beginn Ihrer Karriere an der Erforschung elektronischer Stoffe fasziniert, die in der Lage sind, natürliche Organe und natürliches Gewebe zu ersetzen?
Mich haben die Berichte über Herzschrittmacher, Hörprothesen in Form von Cochlea-Implantaten sowie tiefgehende Gehirnsimulationen interessiert. Alles dies sind bioelektronische Technologien, die in den Kliniken bereits Anwendung finden und die dabei helfen, die Lebensqualität zahlreicher Patienten zu verbessern. Meine Motivation war es, zu erforschen, ob ähnliche Technologien an anderen Stellen im Körper und mit Blick auf andere Krankheiten entwickelt werden können. Ich begann meine Studien als Physiker und wende mein Wissen nun an der Schnittstelle zwischen Physik und Biowissenschaften an.

Als Sie mit Ihrer Forschung begannen, haben Sie sich da eher als Pionier oder als Außenseiter gesehen?
Es ist für jeden Naturwissenschaftler, so glaube ich, ein besonders aufregendes Gefühl, zu erkennen, wenn man mit einer Forschungsarbeit Neuland betritt. Vielleicht hat man einen bislang unbekannten Zugang zu einem alten Problem gefunden, vielleicht ist es auch gelungen, zwei bislang scheinbar nicht miteinander im Zusammenhang stehende Beobachtungen zu verknüpfen – es entsteht dann das Gefühl, dass nun etwas sehr Interessantes passieren könnte. Ob man sich dabei als Pionier oder Außenseiter betrachtet, spielt weniger eine Rolle.

Nehmen Sie zum Beispiel Alexander Volta, der Anfang des 19. Jahrhunderts mit den gerade erfundenen galvanischen Zellen experimentierte – das waren die Frühformen der Batterien. Aus irgendeinem Grund kam er auf die Idee, in jedes Ohr ein Stück Metall zu stecken und den Kreis mithilfe der galvanischen Zellen zu schließen. Danach beschrieb er ein lautes Knackgeräusch, das er in seinem Kopf hören konnte. Als wen bezeichnet man jemanden, der ein solches Experiment durchführt, ist er ein Außenseiter? Damals vielleicht, ja. Aber mehr als 200 Jahre später wurde aus seinem Ansatz die Vorlage für Cochlea-Implantate, die mit der Hilfe von kleinen elektrischen Impulsen das Innenohr stimulieren – und dafür sorgen, dass gehörlose Patienten wieder hören können. So wie damals Alexander Volta arbeiten wir Naturwissenschaftler heute nicht mehr, aber seine Abenteuerlust inspiriert mich – für mich ist genau dieser Geist das Aufregende an meinem Beruf.

Wenn Sie sich an ein neues Forschungsprojekt wagen, welche Eigenschaften sind wichtig, um sich gegen skeptische Stimmen durchzusetzen?
Man darf nicht aufgeben. Das klingt wie ein Klischee, aber es stimmt. Es gibt häufig sehr viele verschiedene Gründe dafür, einem Forschungsansatz skeptisch gegenüber zu treten. Manchmal wollen die Skeptiker nur erreichen, dass man sich als Forscher seine eigenen Ideen noch einmal klarer macht. Dann können die skeptischen Stimmen für den Verlauf der Forschung sehr wichtig sein. Man kann eine Menge lernen, wenn man darauf vorbereitet ist, sehr offen für Meinungen zu sein, die sich von der eigenen unterscheiden. Zugleich ist es wichtig, stets an sich zu glauben und sich nicht umwerfen zu lassen. Das zeigt schon der Umstand, dass viele Dinge, die vor 50 Jahren noch als Science Fiction galten, heute Realität sind.

Es ist für jeden Naturwissenschaftler, so glaube ich, ein besonders aufregendes Gefühl, zu erkennen, wenn man mit einer Forschungsarbeit Neuland betritt.

Zu Ihrer konkreten Forschung, können Sie kurz erklären, wie es Ihnen gelingt, dass ein elektronischer Gewebestoff an ein menschliches Organ andockt?
Wir sind daran interessiert, Organe zu reparieren, die durch eine Verletzung oder eine Krankheit in Mitleidenschaft gezogen worden sind. Unsere Vision ist es, Miniatur-Labore zu entwickeln, die innerhalb des Körpers die notwendigen Therapieprogramme starten. Zum Beispiel kann durch eine Kombination aus kleinen elektrischen Impulsen sowie dem Einsatz von Ersatzzellen und Medikamenten der Selbstheilungsprozess eines beschädigten Gewebes in Gang gesetzt werden. Die große Herausforderung ist es, einen Weg zu finden, damit unsere kleinen Geräte vom Körper akzeptiert werden, dass sie also biologischem Gewebe ähneln – und nicht einer elektronischen Anlage.

Wie gelingt Ihnen das?
Ein Ansatz ist, weiche Materialien zu finden, die ähnliche Eigenschaften wie natürliches Gewebe besitzen, an die sich Zellen anhängen können und die dabei elektronisch funktional bleiben. Wir bauen zwar eine elektronische Maschine, geben ihr aber genügend biologische Bestandteile. Wenn wir in diesem Bereich weitere Fortschritte machen, werden wir in der Lage sein, neue Behandlungen für schwerwiegende neurologische Krankheiten zu schaffen, zum Beispiel nach Gehirnverletzungen, Schlaganfällen oder Schädigungen des Rückenmarks.

Sie nutzen für Ihre Forschung auch die Technik des 3-D-Drucks. Wie hilft Ihnen diese Entwicklung?
Wir benutzen den 3-D-Druck für Prototypen von bioelektronischen Implantaten, mit denen wir das Nervensystem reparieren. Ein großer Vorteil der Technik ist es, dass wir für jeden Patienten spezifische Teile herstellen können. Auch ist es möglich, das Material, das schließlich ausgedruckt wird, so zusammenzusetzen, dass das Resultat alle therapeutischen Funktionen erfüllt. Für meine Arbeit ist aber kein tiefgehendes IT-Wissen notwendig, das über das generelle Know-how zum CAD-Design hinausgeht.

Eine Vision ist, dass Patienten mit chronischen Krankheiten keine Tabletten oder Injektionen mehr erhalten, sondern wir bioelektronische Implantate einsetzen, die diese krankmachenden Fehlfunktionen korrigieren.

Welche weiteren Innovationen werden mithilfe des 3-D-Drucks möglich werden?
Ich denke, dass die 3-D-Drucker den Weg in den Operationssaal schaffen werden, wo sie dann von den Chirurgen benutzt werden. Es wird wohl möglich sein, das Implantat direkt im beschädigten Gewebe herzustellen, vielleicht können wir auch Sensoren herstellen, die dann im Körper des Patienten Daten über seinen Gesundheitszustand ermitteln. Eine weitere Vision ist es, dass Patienten mit chronischen Krankheiten keine Tabletten oder Injektionen mehr erhalten, sondern wir bioelektronische Implantate einsetzen, die diese krankmachenden Fehlfunktionen korrigieren.

Welche Tätigkeiten als naturwissenschaftlicher Forscher begeistern Sie immer wieder aufs Neue?
Bedauernswerterweise fehlt mir heute häufig die Zeit, um wirklich noch mit meinen eigenen Händen zu experimentieren. Ich vermisse das sehr, denn ich mag diese praktischen Tätigkeiten: Substanzen zusammenmischen, Kabel verbinden. Was mir heute am meisten Spaß macht, ist daher die Diskussion mit den Wissenschaftlern in meinem Team über die Ergebnisse unserer Experimente und Forschungsansätze für die Zukunft. Manchmal entfernen wir uns bei diesen Debatten sehr weit vom Ausgangspunkt, und ich hoffe, dass meine Forschungskollegen gerne mit mir auf Gedankenreise gehen.

Freigeist-Fellowship

Im September 2016 wurde Ivan Minev mit einem Freigeist-Fellowship der VolkswagenStiftung ausgezeichnet. Die Fördersumme in Höhe von 920 000 Euro nutzt er fünf Jahre lang für den Aufbau seiner eigenen Forschungsgruppe. Die fachoffenen Freigeist-Fellowships richten sich an außergewöhnliche Forscherpersönlichkeiten nach der Promotion, die sich zwischen etablierten Forschungsfeldern bewegen und risikobehaftete Wissenschaft betreiben möchten.

www.volkswagenstiftung.de/nc/de/freigeist-fellowships