Skip to main content
Main_Image
Helmholtz Munich | IBMI

Nanomedicine & Biomarkers

Labor Vipul Gujrati

Unsere Forschung konzentriert sich auf die Weiterentwicklung von Kontrastverstärkung, Wirkstoffabgabestrategien und Biomarkerstudien, um präklinische Informationen mithilfe optischer und optoakustischer Bildgebungstechniken zu liefern.

Labor Vipul Gujrati

Unsere Forschung konzentriert sich auf die Weiterentwicklung von Kontrastverstärkung, Wirkstoffabgabestrategien und Biomarkerstudien, um präklinische Informationen mithilfe optischer und optoakustischer Bildgebungstechniken zu liefern.

Unsere Forschung

Die Arbeitsgruppe Nanomedizin und Biomarker betreibt interdisziplinäre Forschung an der Schnittstelle von Biologie, Chemie und Ingenieurwissenschaften. In einem kollaborativen Umfeld entwickeln wir multifunktionale nanotechnologische Werkzeuge auf Basis bioinspirierter und synthetischer Materialien. Ziel ist es, krankheitsspezifische Biomarker sichtbar zu machen und eine frühzeitige, präzise Erkennung erkrankter Zellen für Bildgebung und Therapie zu ermöglichen.

Unsere Forschungsschwerpunkte:


🧬 Kontrastverstärkung & Wirkstoffabgabe

Wir entwickeln bioengineerte und synthetische Nano-Agenten für die optoakustische Bildgebung (MSOT), Nahinfrarot-Fluoreszenzbildgebung und gezielte Wirkstofffreisetzung. Dabei kombinieren wir organische, anorganische und zellbasierte Materialien, untersuchen ihre Wechselwirkungen mit biologischem Gewebe und testen ihre Wirksamkeit in präklinischen Krankheitsmodellen. Ziel ist die Entwicklung sicherer, aktivierbarer Nano-Medikamente zur Krankheitsüberwachung und Therapie.


🔬 Stoffwechsel- & Gefäßbildgebung

Mit modernster, markierungsfreier multispektraler optoakustischer Tomographie (MSOT) untersuchen wir präklinische Modelle von Stoffwechsel- und Gefäßerkrankungen. MSOT ermöglicht die Visualisierung physiologischer Parameter wie Gewebeoxygenierung, Hämoglobinverteilung, Gefäßstruktur und Perfusion. Diese molekulare Bildgebung erlaubt Rückschlüsse auf Krankheitsverläufe und Therapieansprechen.


💡 Überwachung von Phototherapien

Unsere lichtaktivierbaren Nano-Agenten ermöglichen eine gezielte Behandlung durch Hyperthermie oder Photodynamische Therapie (PDT). Durch Bestrahlung mit Nahinfrarotlicht (NIR) erzeugen sie lokal Wärme oder reaktive Sauerstoffspezies, die gezielt krankhafte Zellen zerstören. Mit Hilfe der MSOT-Technologie überwachen wir diese Prozesse in Echtzeit und erforschen die zugrunde liegenden biologischen Mechanismen.


Unsere Vision ist es, durch die Kombination von Nanotechnologie, molekularer Bildgebung und maschinellem Lernen neue Wege für die frühe Diagnose, personalisierte Therapie und präzise Krankheitsüberwachung zu eröffnen.

Unser Fokus

Intelligente Nanomedizin

In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf die Zelltechnik und die Entwicklung bioinspirierter Nanocarrier für theranostische Anwendungen.

 

Kontrastmittel

Exogene synthetische Kontrastmittel sind für die kontrastverstärkte Bildgebung und die funktionelle Analyse erforderlich. Wir konzentrieren uns auf die Entwicklung von Kontrastmitteln mit Absorption in den NIR-I- und NIR-II-Fenstern.

Multispektrale Optoakustische Tomographie (MSOT): MSOT erfasst Bilder bei verschiedenen Wellenlängen und löst spektrale Signaturen auf, was hilft, optoakustische Signale aus dem gesamten Körper aufgrund verschiedener Chromophore im Gewebe zu visualisieren und zu quantifizieren.

    Metabolische Bildgebung:

    Metabolische Bildgebung liefert wertvolle Informationen über die Gewebefunktion, den Krankheitszustand und die Reaktion auf Therapien, indem sie direkt Metaboliten erfasst oder metabolische Prozesse in gesunden und kranken Zuständen misst.

    Motivation

    MSOT (Multispektrale Optoakustische Tomographie) wird für die nicht-invasive Überwachung des Stoffwechsels und der Stoffwechselprozesse ohne die Verwendung von nicht-ionisierenden Strahlungen eingesetzt. MSOT ermöglicht die markierungsfreie Messung von oxygeniertem und deoxygeniertem Hämoglobin und somit den Gewebeoxygenierungszustand oder die Sauerstoffnutzung, was die Rate der Stoffwechselprozesse anzeigt.

    Forschungsschwerpunkte

    • MSOT-basierte Bewertung von Gradienten des oxygenierten zu deoxygenierten Hämoglobin.
    • Überwachung von Stoffwechselveränderungen in aktivierten Maus-Fettgeweben.
    • Überwachung von Stoffwechselveränderungen bei körperlicher Aktivität und Krankheitszuständen, mitochondrialen Dysfunktionen, Lipidstoffwechsel und Krebs.

    Phototherapie (Hyperthermie und Photodynamische Therapie):

    Optische Materialien können nahinfrarotes (NIR) Licht in Wärme (Hyperthermie oder photothermische Therapie), reaktive Sauerstoffspezies (photodynamische Therapie) oder UV/sichtbare Photonen (unter Verwendung von Upconversion-Nanomaterialien) umwandeln, um zytotoxische Effekte oder kontrollierte Wirkstofffreisetzung zu erzeugen.

    Team

    Portait Vipul Gujrati bearbeitet01

    Dr. Vipul Gujrati

    Gruppenleiter Nanomedizin und Biomarker

    building 56/ room 049
    Portrait Panhang Liu Image 6

    Panhang Liu

    Doktorand

    building 56/ room 049
    Porträt Divyesh Shelar bearbeitet

    Dr. Divyesh Shelar

    Postdoc

    building 56/ room 049

    Scan_5 m5-1h-LinReg_1 (ortho)

    Scan_5 m5-1h-LinReg_2

    Scan_5 m5-1h-LinReg_2

    Brain Tomography

    Brain

    Spectra, IBMI

    Spectra

    Stoffwechselbildgebung

    Die Stoffwechselbildgebung liefert wertvolle Informationen über die Gewebefunktion, den Krankheitszustand und die Reaktion auf Therapien, indem sie direkt Metaboliten erfasst oder Stoffwechselprozesse in gesunden und erkrankten Zuständen misst.

    Motivation

    MSOT wird für die nicht-invasive Überwachung des Stoffwechsels und der Stoffwechselprozesse ohne den Einsatz ionisierender Strahlung verwendet. MSOT ermöglicht die markierungsfreie Messung von oxygeniertem und desoxygeniertem Hämoglobin und damit den Gewebeoxygenierungszustand oder die Sauerstoffnutzung, was auf die Rate der Stoffwechselprozesse hinweist.

    Forschungsschwerpunkte

    • MSOT-basierte Bewertung von Gradienten des oxygenierten zu desoxygenierten Hämoglobin im Gewebe.
    • Überwachung von Stoffwechselveränderungen in aktivierten Maus-Fettgeweben.
    • Überwachung von Stoffwechselveränderungen bei körperlicher Betätigung und Krankheitszuständen, mitochondrialer Dysfunktion, Lipidstoffwechsel und Krebs.

    Phototherapie

    Hyperthermie und Photodynamische Therapie: Optische Materialien können Nahinfrarot (NIR)-Licht in Wärme (Hyperthermie oder photothermische Therapie), reaktive Sauerstoffspezies (photodynamische Therapie) oder UV/ sichtbare Photonen (unter Verwendung von Upconversion-Nanomaterial) umwandeln, um zytotoxische Effekte oder kontrollierte Wirkstofffreisetzung zu erzeugen.

    Motivation

    NIR-Licht ermöglicht die Phototherapie mit minimalen toxischen Nebenwirkungen und hoher Eindringtiefe in biologische Gewebe. Wichtig ist, dass die Dosis des NIR-Lichts für verschiedene Aspekte reguliert oder verbessert werden kann. Bei der auf NIR basierenden Phototherapie werden die zytotoxischen Effekte hauptsächlich aufgrund direkter Zellschädigung, erhöhter Gefäßpermeabilität oder -schädigung, Immunantwort und kontrollierter Wirkstoffabgabe beobachtet.

    Forschungsschwerpunkte

    • Krebsbehandlung mit Hyperthermie
    • Photodynamische Krebstherapie
    • Überwachung der Photoimmuntherapie mit MSOT
    • MSOT-basierte Überwachung der Phototherapie-Effekte auf das Gewebemikroumfeld
    • Überwachung der gezielten Wirkstoffabgabe und der therapeutischen Reaktion unter Verwendung photoaktivierbarer Wirkstoffe

    Unser Thema

    Wir entwickeln Nanoagenten, die sicher, ungiftig, mit verbesserter optischer Absorption, effizienter optoakustischer Erzeugung und effektiver Licht-zu-Wärme-Umwandlung sind. Wir verwenden diese intelligenten Nanoagenten für präzises Krankheits-Targeting und kontrollierte theranostische Anwendungen.

    Unsere Forschungsinteressen:

    • Optoakustische Bildgebung
    • Kontrastmittel
    • Bioengineering und Biomaterialien
    • Wirkstoffabgabe
    • Diagnose und Therapieüberwachung
    • Krebs
    • Stoffwechselerkrankungen
    • Phototherapie (Hyperthermie und photodynamische Therapie)
    • Regenerative Therapie
    • Immuntherapie

    Nanomedicine & Biomarkers: Contact

    Portait Vipul Gujrati bearbeitet01

    Dr. Vipul Gujrati

    Gruppenleiter Nanomedizin und Biomarker

    building 56/ room 049