Projets de recherche dans le domaine de la NanoBioMed

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Mechanismen kardiovaskulärer Komplikationen der chronischen Niereninsuffizienz

SFB/TRR 219

Projektleiter: Danilo Fliser, Innere Medizin
Förderzeitraum: seit 2018

Patients with chronic kidney disease (CKD) exhibit a massively increased risk for cardiovascular events: 50% of patients with CKD stage 4‐5 suffer from cardiovascular disease. Cardiovascular mortality accounts for about 40 to 50% of all deaths in patients with CKD stage 4 as well as patients with end‐stage renal disease, compared with 26% in controls with normal kidney function. Alterations in the circulation as well as in the myocardium crucially contribute to the increased cardiovascular risk in patients suffering from CKD. However, the molecular mechanisms as well as the mediators involved are largely unexplored. By collaborative and translational research based on existing interactions between groups of different clinical and methodological expertise, this project pursues an overall long‐term goal to gain understanding of the renal and cardiovascular interactions. This may contribute to the development of novel treatment strategies to decrease cardiovascular risk in CKD patients.

Sonderforschungsbereich

Steuerung der Körperhomöostase durch TRP-Kanal-Module

SFB/TRR 152

Projektleiter: Veit Flockerzi, Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie
Förderzeitraum: seit 2014

Transient receptor potential (TRP)-Kanäle sind eine große Proteinfamilie mit zentralen Rollen als vielseitige zelluläre Sensoren und Effektoren. TRP-Proteine steuern ein außergewöhnlich breites Spektrum homöostatischer physiologischer Funktionen: Mehr als zwanzig menschliche Erbkrankheiten werden durch Mutationen in zwölf Trp-Genen hervorgerufen. Die meisten TRP-Kanal-Erkrankungen wirken sich auf Entwicklung, Metabolismus und andere homöostatische Körperfunktionen aus. Ein detailliertes Verständnis der zugrunde liegenden Pathophysiologie fehlt jedoch. Der Sonderforschungsbereich konzentriert sich daher auf die Physiologie und Pathophysiologie von TRP-Ionenkanälen. Entwickelt werden neue molekulare Werkzeuge und Techniken zur Analyse von TRP-Kanalfunktionen. Dies soll spezifische und maßgeschneiderte Therapieoptionen für Patienten möglich machen, deren Erkrankungen durch dysfunktionelle TRP-Proteine mitverursacht werden.

Sonderforschungsbereich

Physikalische Modellierung von Nichtgleichgewichtsprozessen in biologischen Systemen

SFB (GRK) 1027

Projektleiter: Heiko Rieger, Statistische Physik (SFB) und Karin Jacobs, Experimentalphysik (GRK)
Förderzeitraum: seit 2013

SFB 1027 is an interdisciplinary research team that aims to achieve a quantitative understanding of the physical mechanisms at work when biological matter self-organises into complex structures. Such self-organisation allows biological systems to perform dynamic functions including cell migration and polarisation, cell-cell adherence and synaptic transmission, biofilm formation and tissue growth. The project analyses the ways in which large biological molecules and cells interact physically, exert forces, move each other, and self-organise into complex functional patterns on all scales, ranging from proteins, lipid membranes and cells to biofilms and tissues.

Sonderforschungsbereich

Ca2+-Signale: Molekulare Mechanismen und integrative Funktionen

SFB 894

Projektleiter: Jens Rettig, Physiologie
Förderzeitraum: seit 2011

Kalzium-Ionen gehören zu den wichtigsten Signalsubstanzen in eukaryontischen Zellen. Sie verursachen Signaltransduktionskaskaden, die die Ausschüttung von Neurotransmittern und Hormonen, die Kontraktion von Muskelzellen, die Gentranskription und die Befruchtung beeinflussen. Darüber hinaus ist Kalzium ein wichtiger Co-Faktor für viele Enzyme innerhalb und außerhalb der Zelle. Extrazelluläres Kalzium ist entscheidend an der Entstehung und Dauerhaftigkeit von Knochen und Zähnen beteiligt und spielt eine große Rolle bei der Erregbarkeit der Plasmamembran. Ein Fokus des Projekts liegt auf der Entstehung und der räumlich/zeitlichen Ausbreitung elementarer Kalzium-Signale, die präzise molekulare Prozesse in räumlich eng begrenzten Regionen wie der aktiven Zone präsynaptischer Nervenendigungen auslösen. Ein weiterer Fokus liegt auf Zell-, Organ- und Körperfunktionen, die von Kalzium-Signalen ausgelöst werden, wie z.B. der Menstruationszyklus. Durch die Kombination von hochaufgelösten pharmakologischen, elektrophysiologischen, bildgebenden und genetischen Techniken ist das Projekt in der Lage, physiologische und pathophysiologische Auswirkungen der Kalzium-Signale zu untersuchen und zu verstehen.

Sonderforschungsbereich

Rolle komplexer Membranproteine bei der zellulären Entwicklung und der Entstehung von Krankheiten

GRK 1830

Projektleiterin: Barbara Niemeyer-Hoth, Biophysik
Förderzeitraum: seit 2012

Fehlfunktionen von Membranproteinen können zu schweren Erkrankungen wie Autoimmunerkrankungen, Taubheit, Mukoviszidose, Krebs, Herz-Kreislauf- Störungen oder Alzheimer führen. Zudem bewirken Aktivitätsänderungen dieser Proteine dramatische Veränderungen in Entwicklungs- und Anpassungsprozessen tierischer und pflanzlicher Zellen. Im Graduiertenkolleg werden ausgewählte Membranproteine, deren Targeting und Translokation, Mechanismen der Proteinfaltung und ihre Rolle in Entwicklungsprozessen sowie bei bestimmten Krankheiten untersucht. Die wissenschaftlichen Ziele sind die Entschlüsselung grundlegender Mechanismen der Kontrolle der Abundanz und der Aktivität von Membranproteinen, die Aufklärung ihrer biochemischen und funktionellen Eigenschaften und die Charakterisierung der jeweiligen Proteine im physiologischen Kontext unter normalen und pathologischen Bedingungen. Das Graduiertenkolleg bietet einen einzigartigen Zugang zu ausgewählten Modellsystemen und eine breite Palette anspruchsvoller experimenteller Ansätze, wodurch ein hervorragendes Umfeld für die Doktorandenausbildung entsteht.

Graduiertenkolleg

Kalzium-Homöostase bei Neuroinflammation und -degeneration: Neue Ansatzpunkte für die Therapie der Multiplen Sklerose?

FOR 2289

Projektleiter: Veit Flockerzi, Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie
Förderzeitraum: seit 2015

Der in den letzten Jahren erfolgte Paradigmenwechsel im Verständnis der Multiplen Sklerose (MS) hat zu unterschiedlichen Hypothesen im Hinblick auf die Sequenz pathophysiologischer Abläufe geführt, insbesondere darüber, welche Zelltypen initial betroffen sind und weitere pathologische Veränderungen in Gang setzen. Alle betroffenen Kompartimente (das Immunsystem, die neurovaskuläre Einheit, Gliazellen und Neurone/Axone) werden kalziumabhängig reguliert. Kalzium spielt nicht nur eine Rolle bei der Regulation intrazellulärer Signalwege, sondern dient der Kommunikation und Verbindung zwischen den verschiedenen Kompartimenten. Aufgrund des ubiquitären Vorkommens von Kalzium und seiner Bedeutung sowohl für intrazelluläre als auch interzelluläre und Netzwerkprozesse, ist das Verständnis der Faktoren, die bei der MS zu Störungen der Kalzium-Homöostase führen, bedeutsam. Die interdisziplinäre Forschungsgruppe hat sich zum Ziel gesetzt, prinzipielle kalziumabhängige Krankheitsprozesse der MS zu erkennen, innovative Methoden insbesondere der Bildgebung zu entwickeln und Angriffspunkte für neue Therapien zu finden.

Bundesministerium für Bildung und Forschung

XplOit – Semantischer Support für die prädiktive Modellierung in der Systemmedizin

Projektleiter: Thorsten Lehr, Klinische Pharmazie

Individualisierte mathematische bzw. systemmedizinische Modelle zur Entwicklung von Krankheitsprozessen haben das Potenzial, zukünftige Gesundheitsereignisse und das individuelle Therapieergebnis vorherzusagen. Sie können Ärzte bei der Diagnose und Behandlung der Patienten unterstützen und Patienten helfen, ihre Erkrankung besser zu verstehen. Für die Entwicklung dieser Modelle müssen unter Sicherstellung des Datenschutzes in großem Umfang klinische Patientendaten zusammengetragen, harmonisiert und analysiert werden. Die so gewonnenen Vorhersagemodelle müssen anschließend in klinischen Studien auf ihre Vorhersagegenauigkeit überprüft werden, bevor sie in der Praxis eingesetzt werden können. Bislang haben dies nur wenige Modelle geschafft. Am Beispiel der Blutstammzelltransplantationen will das Verbundvorhaben den Prozess der Modellentwicklung durch innovative Softwarewerkzeuge erleichtern und beschleunigen. Ziel ist es, individualisierte Vorhersagemodelle für den Therapieverlauf nach Stammzelltransplantationen bereitzustellen.

Verbundvorhaben

Myxo4PUFA – Nachhaltige Produktion von Omega-3-Fettsäuren auf Basis myxobakterieller Gene

Projektleiter: Christoph Wittmann, Systembiologie
Förderzeitraum: 2017-2020

Omega-3-Fettsäuren spielen eine wichtige Rolle in unserer Ernährung. Sie fördern die Entwicklung des Gehirns, besonders bei Neugeborenen, verbessern die Durchblutung und schützen die Gelenke. Neue Studien bescheinigen insbesondere Docosapentaensäure (DPA) und Eicosatetraensäure (ETA) eine gesundheitsfördernde Wirkung. Aufgrund der geringen Gehalte kommen herkömmliche Extraktionsverfahren auf Basis von Fischölen nicht für die Gewinnung von n-3 DPA- oder ETA in Betracht. In Zusammenarbeit mit dem saarländischen Biotechnologie-Unternehmen MyBiotech und dem Team von Rolf Müller (Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland) zielt das Projekt auf die Entwicklung eines neuartigen Herstellungsverfahrens für seltene Omega-3-Fettsäuren wie DPA und ETA. Neu entdeckte biochemische Synthesewege sollen die effiziente Herstellung dieser komplexen Moleküle in Mikroorganismen ermöglichen. Das Projekt arbeitet an der Entwicklung maßgeschneiderter Zellfabriken in der nicht-konventionellen Hefe Yarrowia lipolytica zur gezielten Synthese der neuen Produkte sowie an der Entwicklung von Fermentationsprozessen zur Herstellung.

Forschungsprojekt

MISSION – Streamlined streptomyces cell factories for industrial production of valuable natural products

Projektleiter: Andriy Luzhetskyy
Förderzeitraum: 2018-2021

The project aims to create a cell factory chassis of streptomyces rimosus with superior growth properties, high robustness, and a tuneable supply of energy, redox equivalents, and building blocks. In order to achieve this goal, the researchers integrate system biology, synthetic biology, and bioprocess engineering to create novel synergies and increase development speed and performance. The project will establish a technology platform to turn this host strain into an industrial vehicle for the production of various bioactive natural products, including antibiotics and anti-cancer drugs.

Europäische Kommission

EUGliaPhD

Projektleiter: Frank Kirchhoff, Physiologie
Förderzeitraum: 2016-2021

Prompted by exciting discoveries of recent years, many academic research groups are currently focussing their research on the field of neuron-glia interactions for a better understanding of brain function. Also the private sector such as the pharmaceutical industry pays more and more attention to the role of neuroglia in various neuropathologies. These research activities create an increasing demand for young neuroscientists to join academia or industry. To address this need, the EU-GliaPhD consortium initiated a training network in which young scientists are educated in collaborative research projects to study neuron-glia interactions at the molecular, cellular and systems level in the healthy and the diseased brain. A strong emphasis lies on epilepsy, a multi-faceted, chronic neurological disorder characterized by the frequent recurrence of seizures. By studying epilepsy, fundamental questions on the cellular and molecular aspects of neuron-glia interaction can be addressed. Novel insight delivered by EU-GliaPhD may serve as basis for the development of novel strategies in treating brain disorders.

Netzwerk

iFermenter – Conversion of forestry sugar residualstreams to antimicrobial proteins by intelligent fermentation

Projektleiter: Christoph Wittmann, Systembiotechnologie
Förderzeitraum: 2018-2022

Plant dry matter, so-called lignocellulosic biomass, is the largest renewable biomass feedstock on Earth. Europe has over 14 mill tons of sugar residuals from biorefineries, which could be converted to profitable products and contribute to a sustainable bioeconomy. Existing biorefineries struggle with technical issues and low profitability due to the lack of adequate fermentation processes. Therefore, these sugars are either incinerated to generate energy or at best converted to ethanol but not to higher value chemicals. The project aims to recover high value compounds from sugar residuals, and to turn fermentation processes converting these residual to antimicrobials cost effective. Thus, iFermenter will render production of high value products with residual sugar stream highly efficient and cost-effective contributing to circular economy.

Projekt

SYSCID – A systems medicine approach to chronic inflammatory disease

Projektleiter: Jörn Walter, Genetik
Förderzeitraum: 2017-2022

The consortium aims to develop a systems medicine approach for disease prediction in CID. It will focus on three major CID indications with distinct characteristics: inflammatory bowel disease, systemic lupus erythematodes and rheumatoid arthritis. The consortium joins 15 partners from major cohorts and initiatives in Europe to investigate human data sets on three major levels of resolution: whole blood signatures, signatures from purified immune cell types and selected single cell level analyses. The project employs a dedicated data management infrastructure, strong algorithmic development groups and will validate results in independent retrospective and prospective clinical cohorts. It will foster the development of solid biomarkers and models as stratification in future long-term systems medicine clinical trials but also investigate new causative therapies by editing the epigenome code in specific immune cells.

Konsortium

LightCodesWords – Illuminating every sound with lasers, coding words and complex sounds with light

ERC Proof of concept

Projektleiterin: Gentiana Wenzel, Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde
Förderzeitraum: 2018-2019

An estimated 360 million people worldwide are living with disabling hearing impairment. Unaddressed hearing loss poses an annual global cost of 750 billion international dollars. Interventions to prevent, identify and compensate or cure hearing loss are cost-effective and can bring great benefit to individuals. Currently available auditory prostheses based on mechanical or electrical energy are not sufficiently supplying the hearing impaired population. Light can be very well focused, can be applied without the need of direct contact and may be the alternative energy for the stimulation of the hearing organ. A novel activation strategy of each individual frequency of the hearing spectrum uses monochrome laser pulses. It has the advantage of a non-contact, very precise energy transfer in vibratory structures. The project will test the market, build up the cooperation with industry partners and ask for ethical approvals for the first clinical studies. It will also work on to coding speech and more complex sounds using the optoacoustic vibrations and improve loudness modulation within the biocompatibility margins.

Proof of concept