Mikrochips für Medikamententests Merck und imec entwickeln Mikrochip-Plattform

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Im Rahmen einer Partnerschaft zwischen Merck und imec soll spezielle Plattform entstehen, die Sensorik, Mikrofluidik und Halbleitertechnik verbindet und für medizinische Forschungen eingesetzt werden kann. Sie soll bei präklinischen Tests von Medikamenten unterstützen.

Die Entwicklung neuer Medikamente ist zeitaufwendig und teuer. Viele mögliche Wirkstoffe scheitern bereits in präklinischen und klinischen Phasen. Dabei sind herkömmliche Testverfahren oft ein Problem, da sie die komplexen Wechselwirkungen im menschlichen Körper nur unzureichend nachbilden können. Auf der anderen Seite wächst der gesellschaftliche und regulatorische Druck, auf weniger Tierversuche zu setzen. Hier setzt die jüngst verkündete Kooperation zwischen dem Halbleiterspezialisten imec und dem Wissenschafts- und Technologiekonzern Merck an.

Auf der ITF World 2025 haben der Halbleiterspezialist imec und der Wissenschafts- und Technologiekonzern Merck eine wegweisende strategische Partnerschaft bekannt gegeben. Ihr gemeinsames Ziel: die Entwicklung einer hochmodernen MicroPhysiological-Systems- (MPS-)Plattform, die die Effizienz der Arzneimittelforschung steigern und die Abhängigkeit von Tierversuchen schrittweise reduzieren soll. Für Elektronikentwickler eröffnet diese Kooperation einen vielversprechenden neuen Markt an der Schnittstelle von Mikroelektronik und Biowissenschaften.

Menschliche Organe werden auf Mikrochips nachgebildet

Das Herzstück der Partnerschaft ist ein modulares System, das Elektronikentwickler vor anspruchsvolle Aufgaben stellt:

• Integration miniaturisierter Sensorik: In-situ-Erfassung biologischer Parameter ohne Beeinträchtigung der Zellkulturen erfordert höchste Miniaturisierung bei gleichzeitig hoher Signalqualität.

• Mikrofluidik-Steuerung: Präzise Kontrolle kleinster Flüssigkeitsmengen unter physiologischen Bedingungen verlangt innovative Antriebssysteme und Sensorik.

• Standardisierte Schnittstellen: Die Entwicklung universeller Konnektoren zwischen verschiedenen Organmodulen schafft die Basis für modulare, skalierbare Systemarchitekturen.

• Echtzeit-Datenverarbeitung: Die kontinuierliche Überwachung multipler Parameter erfordert leistungsfähige integrierte Signalverarbeitung und Datenübertragung.

Paru Deshpande, Vice President R&D bei imec, betont die elektronische Kerninnovation: „Wir entwickeln eine einzigartige Chiptechnologie, die biologische Relevanz mit Hochdurchsatz-Datenerfassung verbindet. Das kann kein aktuelles System leisten. Diese Technologie schließt die entscheidende Datenlücke für KI-gestützte Medikamentenentwicklung.“

Konkrete Anwendungsmöglichkeiten

Für Elektronikentwickler bietet ein Orang-on-a-Chip-System vielfältige Einsatzmöglichkeiten:

• Biosensorik: Entwicklung neuer kapazitiver, optischer und elektrochemischer Sensoren für die Echtzeitüberwachung zellulärer Prozesse.

• Mikrofluidik-Controller: Design präziser Pumpsysteme, Ventile und Durchflusssensoren im Mikromaßstab.

• Modular-Systeme: Standardisierte elektrische und fluidische Schnittstellen für flexible Systemkonfigurationen.

• Integrierte Datenanalyse: FPGA- oder ASIC-basierte Systeme zur Echtzeit-Signalverarbeitung biologischer Datensätze.

Steven Johnston, Vice President und Head of Technology Enablement bei Merck, hebt die Datendimension hervor: „Durch die Integration von Mercks führendem Portfolio an induzierten pluripotenten Stammzellen und patientenspezifischen Organoiden mit der gemeinsam entwickelten disruptiven Hardware-Plattform, die eine beispiellose Anzahl von Biosensoren aufweist, schaffen wir eine vernetzte In-vitro- und In-silico-Pipeline. Diese liefert die dringend benötigten hochwertigen biologischen Trainingsdaten für KI-Modelle. Dieses geschlossene Betriebsmodell wird die Übertragbarkeit der Daten auf den Menschen erheblich verbessern, die Entdeckung neuer Wirkstoffkandidaten beschleunigen und es Forschern ermöglichen, den menschlichen Körper präziser als je zuvor zu simulieren.“

Für Elektronikentwickler eröffnet sich hier ein weiteres Anwendungsfeld: die Entwicklung spezialisierter Hardware für die KI-gestützte Analyse biologischer Daten – von Edge-Computing-Lösungen für Echtzeit-Analysen bis hin zu spezialisierten Beschleunigern für biologische Simulationen.

Elektronik und Biowissenschaften verschmelzen

Sowohl Merck als auch imec laden weitere Unternehmen ein, sich an dieser Zusammenarbeit zu beteiligen. Für Elektronikfirmen bietet sich die Möglichkeit, frühzeitig in ein wachsendes Ökosystem einzusteigen und proprietäre Technologien zu etablieren.

Die Entwicklung der nächsten Generation von MPS-Modellen hat das Potenzial, sicherere und wirksamere Behandlungen schneller zu Patienten zu bringen. (heh)

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