Biomaterialien & Biomolekulare Systeme

Im Forschungsbereich Biomaterialien und biomolekulare Systeme untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am MIBE, wie die bio-physikalischen Prinzipien, die der Bildung und Interaktion von natürlichen biologischen Materialien und biomolekularen Systemen zugrunde liegen, für diagnostische oder therapeutische biomedizinische Anwendungen nutzbar gemacht werden können. 

Molekulare Maschinen

Prof. Hendrik Dietz 
Forschungsgruppe Biomolekulare Nanotechnologie
Publikationen

Von den vielfältigen Fähigkeiten natürlicher makromolekularer Strukturen – wie zum Beispiel Enzyme, molekulare Motoren oder Viren – inspiriert sucht das Team um Professor Dietz nach Wegen, immer komplexere molekulare Strukturen zu bauen. Ziel dabei ist, molekulare Maschinen zu entwickeln, die vorgegebene Aufgaben erfüllen können. Einen besonders vielversprechenden Ansatz auf diesem Weg bieten Strukturen aus DNA, die sich selbst zusammenbauen können. Mit dem als DNA-Origami bekannten Verfahren lassen sich schon heute Nano-Maschinen bauen, die für Untersuchungen in biomolekularer Physik und Proteinforschung eingesetzt werden können. 

Mammalian Cell Engineering

PI Gil Westmeyer  
Forschungsgruppe Molecular Imaging 
Publikationen

It is of growing interest to decipher the patterns of cell-circuit signaling for understanding the (patho)physiology of living organisms. There is also a progression in biomedicine from applying small molecules and proteins to deploying genetically engineered cells as therapeutic agents in patients. Monitoring and controlling genetically defined cells in living organisms is thus of substantial importance. The research program of the team around Professor Westmeyer, therefore, focuses on bioengineering of next-generation molecular sensors and actuators for functional imaging and remote spatiotemporal control of cellular processes with whole‑organ(ism) coverage. They are, in particular, concentrated on gaining genetic control over key logistic processes in mammalian cells such as compartmentalization. In this way, they can install new metabolic pathways and generate self-assembling biomaterials with new, e.g., biomagnetic properties. These genetically controlled biophysical interfaces allow them to establish two-way communication with specific cells that they will bring to bear on future imaging-controlled tissue engineering and cell therapies. 

Biopolymere und Bio-Grenzflächen

PI Oliver Lieleg 
Forschungsgruppe Biomechanik 
Publikationen

Biopolymers are located inside and outside of eukaryotic cells where they form hydrogels in aqueous environments. Examples include mucus, the extracellular matrix and bacterial biofilms, respectively. Such hydrogels have a dual function: First, they are responsible for the viscoelastic properties of cells and tissues and protect them from mechanical damage. Second, they regulate the passive transport of particles and molecules.

Professor Lieleg's research has the following goals:
1. To discover new, to date unknown properties of biopolymers.
2. To identify the microscopic principles that govern the material properties (e.g., mechanics, permeability, and lubricity) of biological hydrogels.
3. To apply those principles to synthetic polymers, create biomimetic materials and find technical/medical applications for purified biopolymers

Erzeugung Synthetischer Biologischer Systeme

Prof. Friedrich Simmel
Forschungsgruppe Physik Synthetischer Biosysteme

Publikationen

Die bemerkenswerten Eigenschaften biologischer Systeme beruhen auf komplexen Wechselwirkungen verschiedener Komponenten und entstehen daher auf der Systemebene. So können biologische Systeme auf ihre Umwelt reagieren, sie können sich bewegen, sich neu strukturieren und sich durch evolutionäre Prozesse weiterentwickeln. Professor Simmel's Ziel ist, synthetische molekulare und zelluläre Systeme zu entwickeln, die ähnliches Verhalten hervorrufen oder zeigen. Er und sein Team entwerfen und untersuchen synthetische genetische Regelkreise, erzeugen künstliche zelluläre Systeme und entwickeln Roboter, die so klein sind wie einzelne Zellen.

Neuroengineering Materials

PI Kristen Kozielski
Professur für Neuroengineering

Rückenmarksverletzungen, chronische Schmerzen oder Parkinson-Krankheit - neuronale Implantate stellen eine potenzielle Lösung zur Linderung dieser neuronalen Verletzungen oder Krankheiten dar. Neuronale Implantate schaffen eine elektrische Schnittstelle zum Nervensystem, so dass neuronale Aktivität gemessen oder reguliert werden kann. Chirurgische Eingriffe zum Einsetzen der Implantate bergen jedoch Risiken für Patientinnen und Patienten, wie etwa Infektionen oder Verletzungen. Kristen Kozielski, Professorin für Neuroengineering, und ihr Team arbeiten an einer möglichen Alternative: Magnetoelektrische Nanopartikel, die als drahtlose neuronale Implantate genutzt werden könnten. Anstelle eines chirurgischen Eingriffs könnten die Nanopartikel in das Gehirn injiziert werden. Erste Ergebnisse zeigen, dass injizierte Nanoelektroden in der Lage sind, das Gehirn von Mäusen zu stimulieren. Ist eine selektivere Stimulation möglich? Kann neuronale Stimulation negative Auswirkungen der Parkinson-Krankheit abmildern? Wie lange würde die Wirkung anhalten? Und was geschieht mit den Nanopartikeln im Laufe der Zeit? Das Forschungsteam arbeitet an der Beantwortung dieser Fragen, indem es die Materialien für neuronale Nanoelektroden weiter verbessert, charakterisiert und evaluiert.

Medizintechnische Materialien & Implantate

PI Petra Mela
Lehrstuhl für Medizintechnische Materialien & Implantate 

Publikationen

The Chair of Medical Materials and Implants (MMI) is offering several lectures, supplementary subjects and practical courses with a focus on biohybrid systems. Together with the Institute of Micro Technology and Medical Device Technology (MIMED), they are significantly involved in the Master's program Medical Engineering and Assistance Systems at the Department of Mechanical Engineering.

Nano- & Microrobotics

Prof. Dr. Berna Özkale Edelmann
Professur für Nano- & Mikrorobotik
Publikationen

Berna Özkale Edelmanns Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung nanorobotischer Werkzeuge zur Entschlüsselung von Signalprozessen zwischen Säugetierzellen und ihrer Mikroumgebung. Im Besonderen nutzt ihre Forschung Nanotechnologie, intelligente Biomaterialien, Mikrofluidik und Einzelzellmanipulationstechnologie, um multifunktionale Mikrogeräte für die regenerative Medizin zu entwickeln.

Computergestützte Plastische Chirurgie

Prof. Dr. med Laszlo Kovacs
Forschungsgruppe Computergestützte Plastische Chirurgie

Publikationen

Die Forschungsgruppe CAPS hat es sich als Ziel gesetzt neue Erkenntnisse aus der interdisziplinären Zusammenarbeit im Bereich der Ingenieurwissenschaften, Mathematik, Physik, Informatik, Biomechanik, Computertechnologie und anderer medizinischer Fachgebiete zur Lösung komplexer, fachübergreifender medizinischer Fragestellungen zu implementieren.

Die wissenschaftlichen Aktivitäten der Forschungsgruppe CAPS an der TU München konzentrierten sich auf die Untersuchungen innovativer Technologien zur dreidimensionalen Erfassung, Digitalisierung und Visualisierung der menschlichen Körperoberfläche und der Weichteilgewebe mit dem Ziel die Methoden der Computer assistierten Chirurgie (Computer Assisted Surgery - CAS) dem Fach der Ästhetischen, Plastischen und Rekonstruktiven Chirurgie zugänglich zu machen.

  • 3-D Messungen
  • 3-D Visualisierung
  • Haptische Oberflächenbearbeitung
  • Numerische Simulation
  • Biomechanische Experimente