Forschung

Forschungsschwerpunkte: Tissue engineering, 3D-Bioprinting, Synthese neuartiger Biomaterialien und deren biologische, mikrostrukturelle und mechanische Cha¬rakteri¬sierung, Biofunktionalisierung von Implantat-Oberflächen

Horst Fischer ist ein deutscher Ingenieur, der an Biomaterialien forscht. Dabei widmet er sich insbesondere neuen Techniken im Bereich des Tissue Engineering. Er entwickelt neuartige 3D-Bioprinting-Verfahren zur Herstellung von Gewebeersatz. In 3D-gedruckten Gewebemo¬dellen ergründet er spezifische Reaktionen von Zellen. Zudem können solche In-vitro-Modelle als Screening-Platt¬form für neue Medika¬mente genutzt werden. Besonders interessiert ihn auch die Interaktion zwischen Implantatoberflächen und angrenzenden Zellen. So konnte er erstmalig zeigen, dass die zelluläre Reaktion durch definierte Strukturen auf einer Implan¬tatober¬fläche auch im Sub-Nanometerbereich gezielt beeinflusst werden kann.

In den neuartigen Bioprinting-Verfahren können mit körpereigenen Zellen beladene Hydrogele dreidimensional verdruckt werden. An dreidimensional gedruckten Zell-Hydrogel-Konstrukten konnte Horst Fischer wichtige, bislang nicht aufgeklärte wissenschaftliche Zusammenhänge hinsichtlich der Interaktion zwischen dem 3D-Druckprozess und der zellulären Reaktion entschlüsseln. Mit den in seinen Laboren mittels Bioprinting hergestellten neuartigen Gewebeersatzmodellen kann die Funktionsweise von Wirkstoffen in vitro untersucht werden. Dies trägt dazu bei, Tierversuche zu reduzieren. Die auch als Organ-on-a-chip bezeichneten In-vitro-3D-Kulturmodelle sind auch für die Pharmaindustrie von großem Interesse.

Zudem hat Horst Fischer wichtige Arbeiten zu Calciumphosphat-basierten Knochenersatz-Implantaten durchgeführt. Durch eine von ihm entwickelte Kombination aus 3D-Druck und einem speziellen Infiltrationsverfahren lassen sich Komponenten realisieren, welche die mineralische Struktur von Röhrenknochen patientenindividuell abbilden können.

Wichtig sind auch seine wissenschaftlichen Arbeiten zum Einfluss von Oberflächenstrukturen auf verschiedenen Größenskalen auf die Reaktion von Zellen. So konnte er erstmalig zeigen, dass die zelluläre Reaktion durch definierte Strukturen auf einer Implantatoberfläche auch im Sub-Nanometerbereich gezielt beeinflusst werden kann. Diese Erkenntnis hat grundlegende Bedeutung für die zukünftige Gestaltung von Implantatoberflächen.

Des Weiteren beschäftigt Horst Fischer sich mit neuen Strategien zur Biofunktionalisierung von Implantatoberflächen. So konnte er mit Hilfe einer neuartigen organochemischen Methode Hochleistungskeramik-Oberflächen hydrolysestabil bioaktivieren. Mit diesem Verfahren kann eine neue Klasse von keramischen Knochenersatzimplantaten mit einem deutlich verbesserten Einwachsverhalten entwickelt werden.

Horst Fischer arbeitet zudem anwendungsorientiert. So sind einige seiner Forschungsideen in die präklinische Phase und zum Teil bereits als Medizinprodukte in die klinische Anwendung gelangt. Zahlreiche Patente und daraus resultierende Lizenzvereinbarungen mit international tätigen Medizintechnik-Unternehmen belegen das Translationspotenzial seiner Forschungs- und Entwicklungsarbeiten.

Werdegang

• seit 2009 Professor und Leiter, Lehr- und Forschungsgebiet Zahnärztliche Werkstoffkunde und Biomaterialforschung, Universitätsklinikum Aachen, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen
• 2003-2008 Gruppenleiter, Lehrstuhl für Keramik und feuerfeste Werkstoffe, RWTH Aachen
• 2002 Leiter, Geschäftsentwicklung, Kompetenzzentrum für Biowerkstoffe, RWTH Aachen
• 2001 Habilitation, Venia legendi, Fach Medizinische Werkstoffe, RWTH Aachen
• 1996-2002 Postdoktorand, Lehr- und Forschungsgebiet Zahnärztliche Werkstoffkunde, Universitätsklinikum Aachen, RWTH Aachen
• 1995-1996 Technischer Manager, Procter & Gamble GmbH, Euskirchen
• 1995 Promotion, Institut für Keramische Komponenten im Maschinenbau, RWTH Aachen
• 1992-1995 Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Institut für Keramische Komponenten im Maschinenbau, RWTH Aachen
• 1987-1992 Studium, Maschinenwesen, RWTH Aachen

Projekte

• 2021-2024 Projekt „NeWTranslation – Neue Wege zur beschleunigten Translation, Vorwettbewerbliche Überbrückung der Translationslücke zwischen akademischer und industrieller Forschung“, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
• 2020-2023 Projekt „GYM - Generate Your Muscle“, Interreg, Europäische Union (EU)
• 2020-2022 Projekt „Skalenübergreifendes und zellschonendes 3D-Drucken humaner Zellen mittels düsenfreier akustischer Tropfenerzeugung (AcousticBioprinting)“, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
• 2019-2023 Projekt „Organochemische Modifizierung von Titanlegierungs- und Zirkonoxid-Oberflächen mit dem Ziel der verbesserten Adhäsion von Gingivazellen (GingiSeal)”, DFG
• 2019-2023 Graduiertenkolleg (GRK) 2415 „ME3T – Mechanobiology in Epithelial 3D Tissue Constructs”, DFG
• seit 2018 Projekt „Biomineralisierung dreidimensional gedruckter Hydrogele für den Knochenersatz mittels biotechnologisch modifizierten Pflanzenvirus-Nanopartikeln, die geeignete Peptide in hohen lokalen Konzentrationen präsentieren (PlantVirusBone)“, DFG
• 2017-2020 Projekt „Mikroskalige geometrisch und metallurgisch adaptierte Oberflächenstrukturen von Implantaten zur gezielten Stimulation der osteogenen Differenzierung“, DFG
• 2015-2018 Projekt „3D-TAM – 3D-gedrucktes biomimetisches in-vitro-Tumor-Angiogenese-Modell“, BMBF
• 2014-2018 Projekt „TracheaPrint – Herstellung eines pre-vaskularisierten, biofunktionalen Trachea-Ersatz-Gewebes“, DFG
• 2014-2016 Projekt „Eine neue non-invasive präventive Maßnahme in der Kariologie: Die Laserbasierte Zahnbeschichtung. Erforschung von zahnmedizinischen, werkstoffkundlichen und lasertechnischen Aspekten“, DFG
• 2013-2017 Projekt „Synthese und Feingussstrukturierung bioaktiver Gläser und deren Einfluss auf die Wechselwirkung zwischen Implantatoberfläche und angrenzenden Zellen“, DFG
• 2013-2016 Projekt „CeramActive – Entwicklung neuartiger Bioaktivierungstechniken für keramische Oberflächen zur verbesserten und schnelleren Knocheneinheilung medizinischer Implantate“, BMBF
• 2013-2016 Projekt „DynaBite – Realisierung eines 3D-Sensors für die patienten-individuelle Kausimulation als Basis von hochpräzisem Zahnersatz unter Berücksichtigung der dynamischen Okklusion“, BMBF
• 2013-2015 Projekt „MicSurf – Mikrostrukturierung bioinerter Hochleistungskeramik mittels Direktem Tintenstrahldrucken zur Stimulation von Zelladhäsion und Zelldifferenzierung“, Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF), Köln
• 2013-2014 Projekt „RoboGel – Entwicklung eines robotischen Drucksystems zur generativen Fertigung dreidimensionaler Polymer- und Zellkonstrukte“, Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWi)
• 2012-2016 Projekt „ActiveBone – Biodegradierbare Kompositwerkstoffe für die generative Fertigung bioaktiver Knochenersatzimplantate“, BMBF
• 2012-2014 Projekt „BioLot – Funktionalisierung inerter Hochleistungskeramiken mittels bioaktiver Auftraglötbeschichtung“, DFG
• 2011-2013 Projekt „MimeticBone – Entwicklung eines gradiert aufgebauten resorbierbaren Implantats zur Versorgung von Knochensegmentdefekten“, Innovationswettbewerb Medizintechnik 2010, BMBF
• 2009-2011 Projekt „DigImprint – Entwicklung eines 3D-Sensors zur digitalen intraoralen Erfassung von zahnärztlichen Präparationen (in vivo) zur Herstellung von strukturoptimiertem Zahnersatz“, BMBF

Auszeichnungen und Mitgliedschaften

• seit 2018 Mitglied, Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina
• 2013 JECS Best Paper Award 2013, European Ceramic Society
• 2010 Preisträger, Innovationswettbewerb Medizintechnik, BMBF
• 2002 Jahresbestpreis, Deutsche Gesellschaft für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde
• 2001 Jahresbestpreis, Deutsche Gesellschaft für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde
• 2000 Jahresbestpreis, Deutsche Gesellschaft für Zahnärztliche Prothetik und Werkstoffkunde
• 1998 Wilhelm-Roux-Preis, Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU)
• 1995 Jahresbestpreis, Deutsche Gesellschaft für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde