Bioengineering
Bioengineering verändert das Gesundheitswesen grundlegend – durch die Verbindung von ingenieurwissenschaftlichem Know-how mit den Erkenntnissen aus Biologie und Medizin. Bei Helmholtz Munich treiben wir diesen Wandel aktiv voran und entwickeln Technologien, die die Gesundheit von morgen verbessern. Mit Bioengineering entstehen neue Lösungen, um Krankheiten früher zu erkennen, gezielt vorzubeugen und wirksamer zu behandeln. Unsere Vision: eine Zukunft, in der Präzisionsmedizin dank KI-gestütztem Bioengineering für alle Realität wird.
Bioengineering verändert das Gesundheitswesen grundlegend – durch die Verbindung von ingenieurwissenschaftlichem Know-how mit den Erkenntnissen aus Biologie und Medizin. Bei Helmholtz Munich treiben wir diesen Wandel aktiv voran und entwickeln Technologien, die die Gesundheit von morgen verbessern. Mit Bioengineering entstehen neue Lösungen, um Krankheiten früher zu erkennen, gezielt vorzubeugen und wirksamer zu behandeln. Unsere Vision: eine Zukunft, in der Präzisionsmedizin dank KI-gestütztem Bioengineering für alle Realität wird.
Hot Topics
Als Beispiel für unsere klinische Translation, die wir in enger Zusammenarbeit mit Forschenden des Computational Health and Diabetes Health Centers vorantreiben, haben wir die optoakustische Bildgebung mit spezialisierten Lasern, Detektoren, modellbasierten Rekonstruktionen und erklärbarer KI maßgeblich weiterentwickelt. Erstmals gelang es uns, eine diagnostische Verbindung zwischen dem Fortschreiten von Diabetes und über 30 Hautmerkmalen nachzuweisen, die mittels optoakustischem Hautscan erfasst wurden. Zudem haben wir die erste nicht-invasive optoakustische Technologie zur Messung des Blutzuckerspiegels in den Kapillaren entwickelt. Die klinische Validierung am Menschen ist bereits geplant und könnte künftig die Notwendigkeit von Nadelstichen im Diabetesmanagement überflüssig machen.
Diabetes untersuchen mit Hautscanner und KI
Nicht-invasive Glukosemessung im Blut
Innovative Plattformen wie wildDISCO zur Ganzkörper-Proteinabbildung bei Tieren, DELiVR zur präzisen Quantifizierung der Gehirnaktivität und DISCO-MS für räumliche Proteomik eröffnen beispiellose systemweite Einblicke in morphologische und funktionelle Veränderungen, die durch Stoffwechsel- und weitere Erkrankungen hervorgerufen werden.
WildDISCO: revolutionäre bildliche Darstellung von gesamten Körpern
Hirnforschung ohne Programmierexpertise möglich
Wir haben fortschrittliche, auf iPS-Zellen basierende Plattformen zur humanen Gewebezüchtung entwickelt, die eine patientenorientierte und tierversuchsfreie Forschung ermöglichen. Unser vaskularisiertes Fettgewebe-on-Chip, das in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz Diabetes Center entstanden ist, fördert die Reifung von aus Stammzellen gewonnenen Endothelzellen unter gravitationsgetriebenem Fluss und ermöglicht so die Ausbildung funktionaler Barrieren sowie die Tonisierung der Arterien. Unser offenes mikrofluidisches Design ist mit modernen Analysemethoden wie Einzelzell-RNA-Sequenzierung, Proteomik und neu entwickelten KI-Tools zur Vorhersage von Differenzierungsverläufen kompatibel. Damit zeigen wir die Machbarkeit einer effektiven in-vitro-Modellierung von früh einsetzenden Erkrankungen wie wesentlichen Merkmalen des metabolischen Syndroms sowie dem Beginn von Arteriosklerose und Krebs.
Organ-on-Chip: Mikroorgane für die personalisierte Zelltherapie
Durch die Kombination von optoakustischer Bildgebung und lichtgesteuerter Signalmodulation (Photoswitching) ermöglichen wir die Visualisierung von Zellen sowie die Verteilung zentraler Moleküle, die die Zellfunktion in lebenden Organismen steuern – und das mit bisher unerreichter Dynamik und (Super-)Auflösung. Gemeinsam mit dem Molecular Target and Therapies Center setzen wir auf halb-rationales, strukturgeleitetes Protein-Engineering, um neuartige, photoschaltbare Proteine zu entwerfen.
Ein Licht im dunklen Gewebe: Schaltbare Proteine für die biomedizinische Bildgebung
Unsere neuartige EXSISERS-Technologie ermöglicht die Echtzeitüberwachung der Translation alternativ gespleißter mRNA in spezifische Protein-Isoformen und findet bereits Anwendung bei der Untersuchung von Tau-Protein-Varianten in der Neurodegeneration. INSPECT ist ein innovatives genetisches System zur Beobachtung der Expression nicht-kodierender Gene mithilfe von Reportern, die in intronischen Sequenzen eingebettet sind. Darüber hinaus haben wir eine Reihe genetisch kodierter, EM-sichtbarer Barcodes entwickelt. Ähnlich wie fluoreszierende Proteine in der Lichtmikroskopie machen diese EMcapsuline bislang unsichtbare Strukturen auf Elektronenmikroskopie-Niveau sichtbar. In Kombination mit Fluoreszenzkanälen ermöglichen solche Barcodes die Entdeckung von Zusammenhängen zwischen Ultrastruktur und Funktion in Organoiden sowie in in vivo-Modellen.
Neue Designer-Proteine machen Isoforme nichtinvasiv sichtbar
Molekulares Monitoring der RNA-Regulation
Elektronenmikroskopie: Nano-Reporter-Proteine machen unsichtbare Prozesse sichtbar
Als Beispiel für unsere klinische Translation, die wir in enger Zusammenarbeit mit Forschenden des Computational Health and Diabetes Health Centers vorantreiben, haben wir die optoakustische Bildgebung mit spezialisierten Lasern, Detektoren, modellbasierten Rekonstruktionen und erklärbarer KI maßgeblich weiterentwickelt. Erstmals gelang es uns, eine diagnostische Verbindung zwischen dem Fortschreiten von Diabetes und über 30 Hautmerkmalen nachzuweisen, die mittels optoakustischem Hautscan erfasst wurden. Zudem haben wir die erste nicht-invasive optoakustische Technologie zur Messung des Blutzuckerspiegels in den Kapillaren entwickelt. Die klinische Validierung am Menschen ist bereits geplant und könnte künftig die Notwendigkeit von Nadelstichen im Diabetesmanagement überflüssig machen.
Diabetes untersuchen mit Hautscanner und KI
Nicht-invasive Glukosemessung im Blut
Innovative Plattformen wie wildDISCO zur Ganzkörper-Proteinabbildung bei Tieren, DELiVR zur präzisen Quantifizierung der Gehirnaktivität und DISCO-MS für räumliche Proteomik eröffnen beispiellose systemweite Einblicke in morphologische und funktionelle Veränderungen, die durch Stoffwechsel- und weitere Erkrankungen hervorgerufen werden.
WildDISCO: revolutionäre bildliche Darstellung von gesamten Körpern
Hirnforschung ohne Programmierexpertise möglich
Wir haben fortschrittliche, auf iPS-Zellen basierende Plattformen zur humanen Gewebezüchtung entwickelt, die eine patientenorientierte und tierversuchsfreie Forschung ermöglichen. Unser vaskularisiertes Fettgewebe-on-Chip, das in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz Diabetes Center entstanden ist, fördert die Reifung von aus Stammzellen gewonnenen Endothelzellen unter gravitationsgetriebenem Fluss und ermöglicht so die Ausbildung funktionaler Barrieren sowie die Tonisierung der Arterien. Unser offenes mikrofluidisches Design ist mit modernen Analysemethoden wie Einzelzell-RNA-Sequenzierung, Proteomik und neu entwickelten KI-Tools zur Vorhersage von Differenzierungsverläufen kompatibel. Damit zeigen wir die Machbarkeit einer effektiven in-vitro-Modellierung von früh einsetzenden Erkrankungen wie wesentlichen Merkmalen des metabolischen Syndroms sowie dem Beginn von Arteriosklerose und Krebs.
Organ-on-Chip: Mikroorgane für die personalisierte Zelltherapie
Durch die Kombination von optoakustischer Bildgebung und lichtgesteuerter Signalmodulation (Photoswitching) ermöglichen wir die Visualisierung von Zellen sowie die Verteilung zentraler Moleküle, die die Zellfunktion in lebenden Organismen steuern – und das mit bisher unerreichter Dynamik und (Super-)Auflösung. Gemeinsam mit dem Molecular Target and Therapies Center setzen wir auf halb-rationales, strukturgeleitetes Protein-Engineering, um neuartige, photoschaltbare Proteine zu entwerfen.
Ein Licht im dunklen Gewebe: Schaltbare Proteine für die biomedizinische Bildgebung
Unsere neuartige EXSISERS-Technologie ermöglicht die Echtzeitüberwachung der Translation alternativ gespleißter mRNA in spezifische Protein-Isoformen und findet bereits Anwendung bei der Untersuchung von Tau-Protein-Varianten in der Neurodegeneration. INSPECT ist ein innovatives genetisches System zur Beobachtung der Expression nicht-kodierender Gene mithilfe von Reportern, die in intronischen Sequenzen eingebettet sind. Darüber hinaus haben wir eine Reihe genetisch kodierter, EM-sichtbarer Barcodes entwickelt. Ähnlich wie fluoreszierende Proteine in der Lichtmikroskopie machen diese EMcapsuline bislang unsichtbare Strukturen auf Elektronenmikroskopie-Niveau sichtbar. In Kombination mit Fluoreszenzkanälen ermöglichen solche Barcodes die Entdeckung von Zusammenhängen zwischen Ultrastruktur und Funktion in Organoiden sowie in in vivo-Modellen.
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