Zur Aufstockung der Geräte-Ausstattung des strategischen Forschungsfeldes "Intelligente Methoden und Materialien" zur Stärkung der anwendungsorientierten Forschung konnte durch Förderung aus Mitteln des Europäischen Strukturfonds EFRE ein hochsensitives Rheometer beschafft werden. Das Gerät dient zur skalenübergreifenden Charakterisierung von biologischem Gewebe zur Entwicklung neuer diagnostischer Analysen und biomimetischer Systeme zur Erforschung neuer Therapeutika bei Krebserkrankungen, der Wundheilung und Geweberegeneration. Das Potenzial liegt in der Kombination von der biophysikalischen Analysemethoden mit optischen bildgebenden Verfahren und dielektrischen Messungen zur Erforschung der skalenübergreifenden Materialeigenschaften von biologischer Materie von einzelnen Zellbestandteilen bis hin zu primärem Gewebe.

Zur Etablierung eines neuen Ansatzes für diagnostische Analysen und biomimetische Systeme zur Entwicklung neuer Therapeutika bei Krebserkrankungen, der Wundheilung und Geweberegeneration wird eine neuartige Kombination von Schlüsseltechnologien entwickelt, die die Korrelation von Zell-Zell-Wechselwirkungen auf verschiedenen Skalen - von Einzelzellen bis hin zu multizellulären Strukturen und Geweben unter Berücksichtigung der Mikroumgebung - ermöglichen. Dabei geht es insbesondere um die mechanischen Aspekte, damit diese mit molekularen Parametern in Beziehung gesetzt werden können.

Cancer is the second leading cause of mortality in EU member states with ~90% of all cancer deaths caused by metastatic spread. Despite its significance, measuring metastatic potential as well as potential indicators of therapy efficacy remain unmet clinical challenges. Recently, it has been demonstrated in vitro, that aggressive metastatic cells pull on their surroundings suggesting that metastatic potential could be gauged by measuring the forces exert by tumours. Furthermore, many solid tumours show a significantly increased interstitial fluid pressure (IFP) which prevents the efficient uptake of therapeutic agents. As a result, a reduction in IFP is recognized as a hallmark of therapeutic efficacy. Currently, there is no non-invasive modality that can directly image these forces in vivo. Our objective is the non-invasive measurement of both IFP within tumours as well as the forces they exert on their surrounding environment. This will be used to predict a tumour›s metastatic potential and importantly, changes in these forces will be used to predict the therapeutic efficacy of drug therapy. To attain this goal, the biomechanical properties of the tumour and its neighbouring tissue will be measured via MR-elastography at various measured deformation states. Resultant images will be used to reconstruct images of the internal and external forces acting on the tumour. We call this novel imaging modality Magnetic Resonance Force (MRF) imaging . We will calibrate MRF via cell cultures and pre-clinical models, and then test the method in breast, liver, and brain cancer patients. Thereby, we will investigate whether MRF data can predict metastatic spread and measure IFP in patients. We will also investigate the potential to non-invasively modulate the force environment of cancer cells via externally applied shear forces with the aim of impacting cell motility and proliferation. This can provide novel mechanism for anticancer therapeutic agents via mechanotransduction.

Magnetische Nanoteilchen mit magnetischem Kern und inerter Hülle, die sich durch variable einstellbare Form und Biofunktionalisierung auszeichnen, besitzen ein enormes Potential in vielen Bereichen der Biotechnologie und Lebenswissenschaften. Mit diesem Hintergrund und einschlägigen Vorarbeiten verfolgt dieses Projekt das Ziel, einen einstufigen plasmaunterstützten Prozeß zur Synthese massgescheiderter Nanoteilchen basierend auf naturwissenschaftlichen Grundlagen zu entwickeln und dann in Richtung industrieller Standards zu trimmen. Dies wird möglich durch einen interdisziplinären Ansatz, der in den Bereichen „Biophysik“, „Computerunterstützte Physik“ und „Oberflächenphysik“ angesiedelt ist.

Ziel dieses Vorhabens ist es organotypische Kulturmethoden von Augengewebe - von Retinaschnitten bis zu Augenmuscheln von Meerschweinchen, Kaninchen und Schweinen, größtenteils aus Schlachthöfen - zu entwickeln, um diese für die Erforschung von Funktion und Erkrankung des Auges in vitro zu nutzen. Dabei kommen erstmals neuartige Methoden der Physik in Kombination mit biomedizinischen Ansätzen zum Einsatz, um selbstentwickelte TiO₂ Nanoröhren Scaffolds für Gewebekulturen einzusetzen, wobei die Scaffolds mehrmals verwendet werden können. Da hierbei aus einem Auge mindestens 5 Kulturmodelle entwickelt werden können, bietet dieses Projekt großes Potenzial bei der Reduktion von Tierversuchen.