Forschung

In diesem Forschungsschwerpunkt wird unter Anwendung natur- und ingenieurwissenschaftlicher Kenntnisse und Methoden auf Probleme und Fragestellungen in der Biomedizin eingegangen sowie an innovativen wissenschaftlichen und technischen Ansätzen zur Heilung gesellschaftlich relevanter Erkrankungen des Menschen geforscht. Vertreten sind dabei vornehmlich die molekular- und zellbiologischen, biochemischen, biophysikalischen, biomedizinischen und medizintechnischen Disziplinen.

Unter anderem werden in diesem Forschungsschwerpunkt interdisziplinäre Ansätze zur Anwendung von humanem Zell- und Gewebematerial unterschiedlicher Herkunft und zur Erforschung von physiologischen und pathophysiologischen Prozessen für die Behandlung verschiedener Krankheiten des Menschen verfolgt. Dazu gehören unfall- und verletzungs- oder altersbedingte degenerative Erkrankungen des Skeletts oder Nervensystems, angeborene Stoffwechselstörungen, Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems und Infektionskrankheiten. Zudem wird an der Weiterentwicklung von Genom-Editierungs-Technologien sowie Transposon-abgeleiteten und viralen Vektoren für die Anwendung in der Zelltherapie und somatischen Gentherapie geforscht. Im medizintechnischen Bereich des Forschungsschwerpunkts werden interdisziplinäre Ansätze zu neuartig-vorteilhaften Technologien und Methoden für die qualitativ hochwertige und effiziente Diagnostik und Therapie der o. g. Krankheiten entwickelt. Übergeordnetes Leitziel der wissenschaftlichen Arbeiten in diesem Bereich ist neben verbesserter Heil-Wirkung bzw. befriedigender Untersuchungsergebnisse stets die Minimierung unerwünschter (Neben-)Wirkungen auf die Patient*innen und die Entlastung des medizinischen Personals.

Die globalen Herausforderungen des Klimawandels, der Ernährungssicherung und der Gesundheit von Mensch und Umwelt (One Health) führen zur Änderung der Ressourcennutzung von einer fossil-linearen zu einer biobasiert-zirkulären Wirtschaftsweise. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich der Forschungsschwerpunkt 'Biogene Ressourcen in Wertschöpfungsnetzen' mit nachhaltigen Produktionssystemen auf biologischer Basis im Dreiklang Agrar-Umwelt-Produkte. Dabei werden die überwiegend agrarwissenschaftlich orientierte Erzeugung von Lebensmitteln und anderen Life Science Produkten in der chemischen und pharmazeutischen Industrie auf Basis biogener Ressourcen in Wertschöpfungsnetzen ins Blickfeld genommen. Zudem werden auch Querschnittstechnologien wie Biotechnologie, Hygiene und Bioverfahrenstechnik für die sichere und nachhaltige Produktion und Nutzung biogener Ressourcen entlang von Prozessketten in Wertschöpfungsnetzwerken verfolgt. Dabei arbeiten die Mitglieder des Forschungsschwerpunktes auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen und bedienen sich verschiedenster Methoden der Lebenswissenschaften und angrenzender Disziplinen.

Zusammen mit Praxispartner*innen wie landwirtschaftlichen und verarbeitenden Unternehmen, Handelsunternehmen, Industrie- und Umweltverbänden, Behörden und Ministerien sowie Verbraucher*innen ('farm to products') trägt die Forschung in diesem Bereich mit neuen Erkenntnissen, Verfahren, Produkten und Normen zu einer nachhaltigeren Gesellschaft bei und fördert die biobasierte zirkuläre Wirtschaftsweise.

Die Forschungsaktivitäten zur Nutzung von Biomaterialien finden in den Forschungsschwerpunkten 'Biomedizin' und 'Biogene Ressourcen in Wertschöpfungsnetzen' vielfältige Anwendung. Sie stellen einen typischen Beitrag der Chemie zu den Lebenswissenschaften dar, wobei die Entwicklung von neuen Biomaterialien aus biogenen Ressourcen für Anwendungen in der Biomedizin sowie im Agrar-, Umwelt- und Lebensmittelbereich untersucht wird.

So werden bereits Biomaterialien für Anwendungen in der Biomedizin und neue Formulierungsmaterialien für Agraranwendungen untersucht. Entwicklungsperspektiven sind Materialaspekte mikrofluider Systeme in der Diagnostik, die Entwicklung neuer Biomaterialien und strukturierter Hybrid-Biomaterialien in verschiedenen Dimensionen und Längenskalen und neuer Immobilisierungsmaterialien für pharmazeutische Träger und deren Trocknung. Dazu kommt die Entwicklung von Biomaterialien als Stammzellträger und im Bereich der Drug-Delivery-Systeme für die Medizin durch Elektrospinnen, Elektrospray und 3D-Drucker.

Die 'Computational-Life-Sciences'-Plattform unterstützt die gesamte Abteilung beim Einsatz von modernen computergestützten Verfahren und Ansätzen sowie bei allen Fragestellungen bezüglich einer adäquaten Soft- und Hardware-Infrastruktur. Zudem verfolgt die Plattform die eigenständige Entwicklung und den Ausbau neuer Methoden und Verfahren.

Die Computational Life Sciences ermöglichen die Durchführung von in silico Experimenten als nutzbringende Ergänzung zu traditionellen in vivo und in vitro Studien. Typische Aktivitäten sind die mathematische Modellierung und Beschreibung der Eigenschaften eines neuen Biomaterials; die computergestützte Untersuchung biomolekularer und physiologischer Prozesse sowie die Vorhersage pharmakologischer Struktur-Eigenschaftsbeziehungen; die physikalische Simulation einer maßgeschneiderten Endoprothese und ihres statischen und dynamischen Verhaltens; statistische numerische Methoden zur Analyse und Interpretation von experimentellen Daten; der vielfältige Einsatz von Verfahren des Maschinellen Lernens und der Künstlichen Intelligenz für komplexe biomedizinische Fragestellungen oder die Entwicklung, Durchführung, Auswertung und Interpretation von Was-wäre-wenn-Szenarien.

Der ausgeprägte informationstechnische Charakter der Plattform fungiert zusätzlich als besonderer Anziehungspunkt für Doktorand*innen aus dem MINT-Bereich.