Von der Astrophysik zum Bioengineering

Seit Juni 2019 ist Jakob Lingg Doktorand im Graduate Center BioEngineering. Zu seinem Promotionsprojekt im Bereich biomedizinischer Bildgebung forscht er am Helmholtz-Pioneer Campus (HPC) und der Technischen Universität München (TUM). Im Interview spricht er über seinen außergewöhnlichen Weg zu seinem Projekt, seine Forschung und eine kürzlich veröffentlichte Publikation im Fachmagazin Nature Chemistry. Darüber hinaus gibt er Einblicke in seinen interdisziplinären Arbeitsalltag und erzählt von Besonderheiten am Graduate Center BioEngineering (GCB). 
 

Jakob, Du promovierst im Bereich der biomedizinischen Bildgebung – worum geht es in Deinem Projekt?

Ich baue ein neuartiges Mikroskop, das ermöglichen soll, bewegte Bilder tief im Gewebe aufzunehmen, um so mehr über den Zustand von Organismen zu erfahren. Das gesamte Projekt besteht dabei aus zwei Teilen. Zum einen die Entwicklung des Mikroskops: hierfür habe ich gerade die Planung abgeschlossen und beginne nun mit dem Bauprozess. Im zweiten Teilprojekt geht es um Spektroskopie. Genauer gesagt geht es darum, die passenden fluoreszierenden Moleküle – also Stoffe, die das Objekt so präparieren, dass bestimmte Strukturen farblich sichtbar werden – für die Anwendung mit unserem Mikroskop zu finden. 
Am Ende meiner Promotionszeit möchte ich einen fertigen Prototyp des Mikroskops haben und die praktischen Anwendungsbereiche aufzeigen können, für die die Technik besonders geeignet ist. Zum Beispiel kann man damit den Blutfluss in der Mikroumgebung von Tumoren sichtbar machen und so Erkenntnisse über Tumorwachstum oder den Einfluss von Therapien auf das Tumorwachstum gewinnen. 

Das klingt spannend. Wie bist Du denn zu dem Projekt gekommen? Biologische Bildgebung war ja nicht von Anfang an Dein Thema… 

Das war vermutlich ein eher unkonventioneller Weg. Ich habe zuerst Physik und dann Astrophysik studiert und mich dabei auf die Bereiche Kosmologie und computergestützte Methoden fokussiert. Nach meinem Masterabschluss wollte ich dann aber etwas machen, das eine konkrete Anwendung in der Praxis und Einfluss auf das tägliche Leben hat. Zu dieser Zeit habe ich einen meiner jetzigen Betreuer, Oliver Bruns, kennengelernt. Er war damals gerade dabei, sein Labor am Helmholtz-Pioneer-Campus aufzubauen, wo er nun an neuen Methoden für optische Bildgebungsverfahren forscht. Besonders spannend an seiner Arbeit fand ich dann gleich die Fluoreszenzmikroskopie und Spektroskopie, weil es da gewisse Überschneidungen mit der Astrophysik gibt. 

Überschneidungen zwischen Astrophysik und biologischer Spektroskopie? Kannst Du das etwas genauer erklären?

Vieles, was bei optischen Aufbauten in der Astrophysik seit Jahren Standard ist, wie beispielsweise verformbare Spiegel oder die Nutzung von spezifischen Spektralbereichen, findet jetzt langsam Anwendung in der biologischen Bildgebung. Auch in der Verarbeitung von Daten kann man einiges von der Astrophysik lernen. In der biomedizinischen Bildgebung werden die Datenmengen mittlerweile auch immer größer und um all die gesammelten Daten aufzuarbeiten und die Bilder zu optimieren, kann man sich Methoden der Astrophysik abschauen. 

Dein Promotionsprojekt klingt, als ob Du auch viel Wissen aus der Biologie und Chemie brauchst?

Ja, das stimmt. Am Anfang hatte ich wenig Ahnung von den biologischen Aspekten. Mittlerweile habe ich hier aber unglaublich viel gelernt – vor allem da ich tagtäglich in einem interdisziplinären Team arbeite und verschiedene Kurse besucht habe. Ein Kurs am Klinikum rechts der Isar war zum Beispiel eine besonders intensive Erfahrung für mich. Alle anderen Teilnehmenden kamen aus der Biologie oder Medizin und ich war der einzige mit einem Physik-Hintergrund. Das war schon eine Herausforderung, aber am Ende habe ich den Kurs bestanden und konnte wirklich viel mitnehmen. Wenn man etwas Neues von Grund auf lernt, hat man vor allem am Anfang eine steile Lernkurve, das macht mir persönlich dann besonders viel Spaß – auch wenn es echt anstrengend sein kann. Zum Glück habe ich neben meinen zwei Betreuern super Kolleginnen und Kollegen, die ich immer fragen kann. 

Dein Arbeitsumfeld klingt wirklich interdisziplinär! 

Absolut. Ich habe für mein Promotionsprojekt gleich zwei Betreuer aus unterschiedlichen Fachrichtungen: Neben Oliver Bruns, der aus der Biochemie kommt, betreut mich Björn Menze, Professor für Maschinelles Lernen und Biomedizinische Bildgebung an der UZH und der TUM sowie Principal Investigator an der Munich School of BioEngineering. Und in der Gruppe am Helmholtz-Pioneer Campus sind wir von unseren Grundlagen her sehr gemischt – Biologie, Chemie, Physik, Veterinärmedizin, Informatik – da herrscht ein reger Austausch zwischen verschiedenen Disziplinen.  

Als Doktorand am Helmholtz-Pioneer-Campus und der Technischen Universität München, hattest Du die Wahl zwischen verschiedenen Graduiertenzentren. Warum hast Du dich für das GCB entschieden? 

Zunächst war das Fachliche ausschlaggebend. Das GCB ist ja ein thematisches Graduiertenzentrum für den Bereich Bioengineering und bietet dementsprechend die für mich passende Veranstaltungen an – zum Beispiel die jährliche Sommerschule und verschiedene Vortrags-Serien. Alle GCB-Doktorandinnen und Doktoranden arbeiten so wie ich an interdisziplinären Projekten und kommen aus ganz verschiedenen Fachrichtungen. Genau diese Interdisziplinarität und den Austausch untereinander finde ich unglaublich spannend und wichtig. Da bietet das GCB einfach das richtige Netzwerk. 

Du scheinst zufrieden mit deiner Entscheidung zu sein…

Ja, sehr. Was mir anfangs auch gar nicht so bewusst war und was ich jetzt richtig gut finde, ist, dass das GCB ein eher kleines Graduiertenzentrum ist – es sind alle super nett, man kennt sich schnell persönlich und weiß, wer an welchem Thema arbeitet. Wir Promovierende haben alle viele Gemeinsamkeiten auf der einen Seite, aber jeder hat sein spezifisches Projekt und einen individuellen Background. Da merkt man, wie unglaublich vielfältig der Bereich Bioengineering ist und durch den Input aus anderen Disziplinen kann man auch immer Ideen für sein eigenes Projekt bekommen. Zum Beispiel habe ich aus der Astrophysik Wissen zur Verarbeitung größerer Datenmengen, aber es ist nochmal etwas anderes, sich dazu mit den GCB-Promovierenden auszutauschen, die Informatik studiert haben und sich in ihren Projekten hauptsächlich mit der Verarbeitung von medizinischen Bilddaten beschäftigen.

Kürzlich warst Du als Co-Autor an einer Publikation im Fachmagazin Nature Chemistry beteiligt – war das so etwas wie ein Meilenstein in Deinem Promotionsprojekt?

Auf alle Fälle! Die Publikation ist in Kollaboration mit Emily Cosco und Ellen Sletten von der University of California in Los Angeles (UCLA) entstanden und stellt einen neuen Ansatz vor, biologische Strukturen im kurzwelligen infraroten Bereich in Echtzeit farbig sichtbar zu machen. Es ging in dem Projekt um neue Farbstoffe, optische Systeme und die passende biologische Anwendung – also alles Teilbereiche, die in meinem Promotionsprojekt eine zentrale Rolle spielen und mit denen ich mich dadurch nochmal fundiert aus einer anderen Perspektive beschäftigen konnte. Die Publikation ist insofern auch ein Meilenstein für mich, weil sie meine anfängliche Lernphase abschließt und ich mich jetzt komplett auf die Praxis fokussieren kann. 

Was sind nun die nächsten Schritte?

Gerade ist etwa Halbzeit für mein Promotionsprojekt. Jetzt starte ich den Bau meines Mikroskop-Prototyps. Außerdem möchte ich bald an einem Seminar für Laserschutzbeauftragte teilnehmen. Im Rahmen meines Projekts möchte ich als Hauptautor auch noch zwei Publikationen in den Bereichen Optik und Chemie veröffentlichen und meine Dissertation dann 2022 einreichen.