14.04.2021

UpNano: Wiener Tech-Unternehmen druckt lebende Zellen

Ein neuartiges Bio-Material und ein 2-Photonen_Drucker ermöglichen nun einen 3D-Druck mit lebenden Zellen für biologische Anwendungen.
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UpNano, 3D-Druck, Zellen
(c) UpNano - Das Tech-Unternehmen UpNano schafft es mittels eines Bio-3D-Druckers lebende Zellen direkt aus der Zellkultur zu drucken.

Es klingt wie wissenschaftliche Fiktion. Und vielleicht ist es genau dies, was jetzt UpNano, einem in Wien ansässigen Hightech-Unternehmen mit Fokus auf Entwicklung, Herstellung und Kommerzialisierung von hochauflösenden 3D Druck-Systemen, gelungen ist. Durch eine Kombination eines 2-Photonen 3D-Druckers mit einem Hydrogel-basierten Bio-Material ist es jetzt erstmals möglich, 3D-Strukturen, die lebende Zellen enthalten, direkt zu drucken.

NanoOne Bio

Dabei bedient sich UpNano eines eigens entwickelten Drucker namens „NanoOne Bio“. Das neue Hydrogel wurde gemeinsam mit Xpect INX aus Belgien hergestellt – einem Spin-Off Projekt, das sich auf die Entwicklung von biokompatiblen Materialien für die 3D-Druck-Industrie spezialisiert hat. Es gilt laut Aussendung als das einzige kommerziell erhältliche Druckmaterial, das die Einbettung lebender Zellen direkt von der Kulturplatte in hochpräzise 3D-gedruckte Strukturen für biologische Anwendungen erlaubt.

Bisher scheiterte der Nachbau komplexer und hochpräziser 3D-Strukturen mitsamt eingebetteter lebender Zellen an der mangelnden Verfügbarkeit von geeigneten Materialien und Drucksystemen. Dies scheint sich nun geändert zu haben.

Eine fruchtbare Kooperation

„Das Kombinieren der Kompetenzen von UpNano in der Entwicklung von 3D-Druck-Geräten und von Xpect INX in der Formulierung von innovativen Materialien für den 3D-Druck führten rasch zum Erfolg“, erklärt Peter Gruber, Head of Technology und Co-Gründer der UpNano. „Wir haben das hoch biokompatible Hydrogel ‚X Hydrobio INX U200‘, gemeinsam entwickelt und konnten gleichzeitig eine 2-Photonen 3D-Druck-Maschine anbieten.“

Das Gel mit dem komplizierten Namen ist ein wasserlösliches Hydrogel, das den Transfer von Zellkulturen aus 2D-Kulturplatten in komplexe 3D-Strukturen ermöglicht. „Das Gelatine-basierte ‚X Hydrobio INX U200‘ wurde speziell für die Einkapselung von verschiedenen Zelltypen entwickelt und erlaubt daher die Erzeugung von komplexen 3D-Mikrogeweben“, fasst es Jasper Van Hoorick, Projektleiter bei Xpect INX, in einfachen Worten zusammen. „Das Hydrogel ahmt die natürliche zelluläre Umgebung nach und ist biologisch abbaubar, wodurch es den Zellen ermöglicht, das Material graduell durch neu geformtes Gewebe zu ersetzen.”

UpNano, Zellen drucken
(c) UpNano – Der spezielle 3D-Drucker NanoOne Bio kann 3D-Strukturen mit lebenden Zellen drucken.

Ein spezifischer Vorteil des NanoOne Bio ist, wie auch umfangreiche Untersuchungen gezeigt hätten, dass der 780 nm Rotlicht-Laser des Druckers die lebenden Zellen nicht schädigt, auch nicht bei einer außergewöhnlich hohen Laserstärke, die alle NanoOne-Drucker verwenden. Tatsächlich ermöglicht die Verwendung einer so hohen Stärke den Einsatz von Optiken, die die schnelle Produktion von Zentimeter-großen-Strukturen mit hoher Präzision, bis hin in den Nanobereich, erlauben.

Introvertierte Zellen auf 2D-Kulturplatte als Problem

„Zellen, die auf einer 2D-Kulturplatte in einem Standard-Nährmedium wachsen, sind weit entfernt von ihrer natürlichen physischen Umgebung und unterliegen einem Mangel an Interaktion mit den umgebenden Zellen, der bei lebenden Zellen unter natürlichen Bedingungen in alle Richtungen hin stattfindet“, erklärt Denise Mandt, Head of Marketing und Business Development sowie Co-Gründerin von UpNano bisherige Schwierigkeiten in dem Bereich. Aus der biomedizinischen F&E sei bekannt, dass ein fehlender 3D-Zell-zu-Zell-Kontakt einen negativen Einfluss auf die Interpretation von Ergebnissen aus Zellmodellen für humane Anwendungen hat.

UpNano: „Natürliche Wachstumsbedingungen wie im menschlichen Körper“

Der NanoOne Bio von UpNano möchte diesen Ansatz signifikant verändern. Pharmazeutische Unternehmen und Forschungseinrichtungen sollen zukünftig in der Lage sein, Zellmodelle zu entwickeln, die den natürlichen Wachstumsbedingungen im menschlichen Körper ähneln. „Dank eines speziellen optischen Aufbaus, optimierten Scan-Algorithmen und der unternehmenseigenen adaptiven Auflösungstechnologie, sei es nun möglich signifikant schnellere Produktionszeiten als andere Systeme zu erlangen“, teilt UpNano mit. „Alles Vorteile, die von Kunden im industriellen und im akademischen Sektor erkannt wurden.“

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Ora Computing
© Ora Computing - (l.) Stefan Sack und Raimel Medina.

Ora Computing, ein Startup, das sich auf die Optimierung und Komprimierung von KI-Foundation-Modellen spezialisiert hat, gab heute den Abschluss einer Seed-Finanzierungsrunde in Höhe von 3,5 Millionen Euro bekannt. Die Runde wurde von Constructor Capital und Greencode Ventures angeführt, mit fortgesetzter Unterstützung des Gründungsinvestors XISTA Science Ventures, der beim Aufbau und der Einführung des Unternehmens geholfen hat.

Ora Computing schrumpft Modelle

KI-Inferenz – der Prozess der tatsächlichen Ausführung eines KI-Modells zur Generierung von Outputs – ist zu einem erheblichen und schnell wachsenden Kostenfaktor für jedes Unternehmen geworden, das KI im großen Maßstab einsetzt. Große Implementierungen können mittlerweile allein für die Rechenleistung zig Millionen Euro pro Monat kosten, und das Problem verschärft sich, da die Modelle immer größer werden. Für Unternehmen, die KI lokal auf Geräten wie Autos oder Industrieanlagen ausführen möchten, seien die Modelle oft schlichtweg zu groß.

Hier setzt Ora Computing an. Seine Software komprimiert diese Modelle – sie schrumpft ihre Größe um bis zu 80 Prozent und lässt sie bis zu viermal schneller laufen – während der Genauigkeitsverlust bei Null bis fünf Prozent gehalten wird, so der Claim.

Da komprimierte Modelle deutlich weniger Rechenleistung für die Ausführung benötigen, sollen sich die Effizienzgewinne auch direkt in einem geringeren Energieverbrauch und reduzierten CO2-Emissionen niederschlagen: Ora schätzt, dass seine Technologie bei einer Marktdurchdringung von ein Prozent jährlich mehr als 50.000 Tonnen CO2 einsparen könnte.

Ansatz über verschiedene Hardwaretypen

„Wir haben Ora Computing gegründet, um die Annahme infrage zu stellen, dass eine massive Skalierung erforderlich ist, um nutzbare Intelligenz zu erreichen. Wir glauben, dass die nächste Welle der KI-Einführung durch kompaktere Modelle vorangetrieben wird, die hocheffizient und für spezifische Anwendungsfälle optimiert sind, anstatt durch große, universelle Cloud-Modelle. Ora baut den Software- und Algorithmen-Stack auf, der diesen Übergang ermöglicht“, sagt Stefan Sack, CEO und Mitgründer von Ora Computing.

Im Gegensatz zu bestehenden Komprimierungstools funktioniere der Ansatz von Ora über verschiedene Hardwaretypen hinweg und füge sich direkt in Standard-Inferenz-Frameworks ein – ohne Änderung an der bestehenden Infrastruktur. Wo konkurrierende Ansätze eine binäre Entscheidung zwischen Komprimierungsstufen erzwingen, bilde der Algorithmus von Ora kontinuierlich den gesamten Kompromiss zwischen Modellgröße und Genauigkeit ab, sodass Unternehmen für ihre spezifischen Hardware- und Kostenbeschränkungen optimieren können, so der Mitgründer.

2025: Ora Computing tritt hervor

Ora wurde von Stefan Sack und Raimel Medina gegründet, beide Forscher im Bereich Quantencomputing aus der Serbyn-Gruppe am Institute of Science and Technology Austria (ISTA). Das Unternehmen verließ Ende 2025 den Stealth-Modus und möchte die frischen Mittel dazu nutzen, um das Team zu vergrößern, die Komprimierungsfähigkeiten auf die größten Frontier-Modelle auszuweiten und ein kommerzielles Produkt für Cloud-Inferenz-Anbieter und Unternehmen, die KI am Edge einsetzen, auf den Markt zu bringen.

Ora hat die Anwendbarkeit seiner Technologie nach eigenen Angaben an einem Modell mit 70 Milliarden Parametern nachgewiesen. Der Komprimierungsprozess beanspruchte hierbei wenige Stunden und verursachte Rechenkosten von unter 1.000 US-Dollar, wohingegen der bisherige Branchenstandard für vergleichbare Leistungen ein Vielfaches dieses Betrages erfordere.

„Hunger wächst schneller“

„Der Energiehunger der KI wächst schneller, als die Welt die Infrastruktur aufbauen kann, um ihn zu stillen. Ein wichtiger Ansatz ist es, die KI selbst effizienter zu machen, und genau das tut Ora. Modelle radikal zu komprimieren, ohne die Genauigkeit zu opfern, macht für ihre Kunden einen enormen Unterschied“, sagt Terhi Vapola, Gründerin und Managing Partner bei Greencode Ventures.

Und Valentino Jadrisko, Senior Associate bei Constructor Capital, ergänzt: „Die Ära der Brute-Force-KI stößt an ihre physikalischen Grenzen: Hyperscaler nehmen wieder Kernreaktoren in Betrieb, Frontier-Labs verbrennen Milliarden für Rechenleistung, Reasoning-Modelle vervielfachen die Inferenzkosten jedes Quartal. Die einzige nachhaltige Antwort besteht darin, den Betrieb von Frontier-KI drastisch günstiger zu machen. Das ist es, was Ora Computing tut: Sie komprimieren Frontier-LLMs so, dass sie überall laufen können – in der Cloud, im Auto, in der Hosentasche. Und das ist der Grund, warum Constructor Capital stolz darauf ist, ihre 3,5-Millionen-Euro-Seed-Runde als Co-Lead anzuführen.“

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