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Forschungsprojekte im Bereich NanoBioMed
In den zahlreichen Drittmittelprojekten im Schwerpunkt „NanoBioMed – Leben und Materie“ forschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der UdS zu wichtigen Fragen aus den Bereichen Medizin, Physik, Biologie und Chemie.
Im Folgenden haben wir für Sie eine Auswahl der aktuell laufenden Forschungsprojekte im Bereich NanoBioMed zusammengestellt, die von der DFG, der Europäischen Kommission oder dem Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert werden.
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Im Schwerpunkt NanoBioMed sind ein Sonderforschungsbereich (SFB) und zwei SFB/Transregios (SFB/TRR), bei denen mehrere Hochschulen eng zusammenarbeiten, angesiedelt. Daneben fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft zwei Forschungsgruppen und eine Emmy Noether-Nachwuchsgruppe im Schwerpunktbereich.
Sonderforschungsbereiche (SFB)
- Fachliche Zuordnung: Medizin
- Projektleitung: Prof. Dr. Ulrich Boehm (Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie)
- Förderzeitraum: 2014-2026
- Sprecherhochschule: LMU München
Transient receptor potential (TRP)-Kanäle sind eine große Proteinfamilie mit zentralen Rollen als vielseitige zelluläre Sensoren und Effektoren. TRP-Proteine steuern ein außergewöhnlich breites Spektrum homöostatischer physiologischer Funktionen: Mehr als zwanzig menschliche Erbkrankheiten werden durch Mutationen in zwölf TRP-Genen hervorgerufen. Die meisten TRP-Kanal-Erkrankungen wirken sich auf Entwicklung, Metabolismus und andere homöostatische Körperfunktionen aus. Ein detailliertes Verständnis der zugrunde liegenden Pathophysiologie fehlt jedoch. Der Sonderforschungsbereich konzentriert sich daher auf die Physiologie und Pathophysiologie von TRP-Ionenkanälen. Entwickelt werden neue molekulare Werkzeuge und Techniken zur Analyse von TRP-Kanalfunktionen. Dies soll spezifische und maßgeschneiderte Therapieoptionen für Patienten möglich machen, deren Erkrankungen durch dysfunktionelle TRP-Proteine mitverursacht werden.
- Fachliche Zuordnung: Medizin, Biologie
- Projektleitung: Prof. Dr. Danilo Fliser (Innere Medizin)
- Förderzeitraum: 2018-2025
- Sprecherhochschule: RWTH Aachen
Ziel des Transregio-Sonderforschungsbereichs TRR219 ist es, in experimentellen und klinischen Studien die multifaktoriellen Aspekte der chronischen Nierenerkrankung bedingten kardiovaskulären Morbidität und Mortalität zu analysieren, die durch Veränderungen des Kreislaufs und des Herzmuskels verursacht werden. Neben der Untersuchung pathologischer Mechanismen, die das kardiovaskuläre System bei CKD betreffen, auf grundlagenwissenschaftlicher Ebene werden wir auch die translationalen Aspekte untersuchen, indem wir neuartige Interventionen und diagnostische Tests im Zusammenhang mit der CKD-bedingten kardiovaskulären Pathologie analysieren.
- Fachliche Zuordnung: Physik, Biologie, Chemie, Medizin
- Sprecher: Prof. Dr. Heiko Rieger (Statistische Physik)
- Förderzeitraum: 2013-2024
Der SFB 1027 ist ein interdisziplinäres Forschungsteam mit dem Ziel, ein quantitatives Verständnis der physikalischen Mechanismen zu erlangen, die bei der Selbstorganisation biologischer Materie zu komplexen Strukturen wirken. Diese Selbstorganisation ermöglicht es biologischen Systemen, dynamische Funktionen wie Zellmigration und -polarisation, Zell-Zell-Adhärenz und synaptische Übertragung, Biofilmbildung und Gewebewachstum auszuführen. Das Projekt analysiert die Art und Weise, wie große biologische Moleküle und Zellen physikalisch interagieren, Kräfte ausüben, sich gegenseitig bewegen und sich selbst zu komplexen Funktionsmustern auf allen Ebenen organisieren, von Proteinen, Lipidmembranen und Zellen bis hin zu Biofilmen und Geweben.
Weitere DFG-geförderte Projekte
- Forschungsgruppe
- Fachliche Zuordnung: Wärmetechnik / Verfahrenstechnik
- Sprecher: Prof. Dr. Christian Wagner (Experimentalphysik)
- Förderzeitraum: seit 2019
Die Art und Weise, wie Blut durch die Gefäße strömt, spielt eine wesentliche Rolle bei der Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, etwa Thrombosen und Arteriosklerose. Allerdings sind die physikalischen Grundlagen des Blutstroms kaum bekannt. Blut ist heterogener als Wasser ist und wird von einer Pumpe, dem Herzen, angetrieben, es pulsiert. Bisherige Experimente zum Strömungsverhalten basieren aber in der Regel auf Wasser, das sich gleichförmig bewegt. Ein interdisziplinäres Team aus der Physik, den Ingenieurwissenschaften und der Medizin aus mehreren Universitäten wollen diese Wissenslücke schließen. Gemeinsam arbeiten sie in der neu eingerichteten Forschungsgruppe „Instabilitäten, Bifurkationen und Migration in pulsierender Strömung“ an diesem Ziel.
- Emmy Noether-Nachwuchsgruppe
- Fachliche Zuordnung: Physikalische und Theoretische Chemie
- Projektleitung: Hilke Bahmann (Physikalische und Theoretische Chemie)
- Förderzeitraum: seit 2019
Die computergestützte Simulation einzelner Moleküle, auch molekulare Modellierung genannt, wird in der Grundlagenforschung und zunehmend auch in der Industrie eingesetzt, um neue Materialien zu finden, effizientere Katalysatoren zu entwickeln oder medizinische Wirkstoffe zu verbessern. Häufig sind mikroskopische Effekte auf subatomarer Ebene entscheidend für makroskopische Eigenschaften, so dass eine verlässliche und genaue Beschreibung der Elektronenstruktur eine wichtige Voraussetzung für die oben genannten Studien ist. Die Elektronenstruktur kann mit diversen quantenchemischen Methoden berechnet werden, wobei die Dichtefunktionaltheorie am populärsten ist. Zwei derzeit wichtige Einschränkungen der zur Verfügung stehenden Dichtefunktionale sind konstante, systemabhängige Parameter und eine unzureichende Beschreibung starker Korrelationseffekte zwischen Elektronen.
Um die Vorhersagekraft der Dichtefunktionaltheorie für Modellsysteme der heterogenen Katalyse und Hybridmaterialien zu verbessern, werden in diesem Projekt verschiedene Methoden entwickelt, die sich an die lokale Elektronenstruktur anpassen und zusätzliche physikalische Größen beinhalten, um starke Korrelation explizit zu beschreiben. Ein zweiter wichtiger Aspekt ist die effiziente Implementierung in ein renommiertes, quantenchemisches Programmpaket, damit die neuen Methoden unmittelbar auf chemisch und physikalisch relevante Systeme angewendet werden können und einer breiten Anwendergemeinschaft zur Verfügung stehen.
Europäische Kommission
Die folgenden Forschungsprojekte im Schwerpunkt NanoBioMed werden durch die Europäische Kommission gefördert und von der Universität des Saarlandes koordiniert. Hierzu zählen auch die verschiedenen Förderungen des Europäischen Forschungsrats (European Research Council, ERC).
Europäischer Forschungsrat (ERCs)
- Horizon 2020 – ERC Synergy Grant
- Projektleitung: Prof. Dr. Jens Rettig (Zelluäre Neurophysiologie)
- Förderzeitraum: 2021-2027
Zytotoxische T-Lymphozyten (CTL) produzieren zytotoxische Proteinkomplexe bzw. supramolekulare Angriffspartikel (SMAP), die infizierte Zellen und Krebszellen eliminieren. Supramolekulare Angriffspartikel bestehen aus einer äußeren Kernstruktur und bilden sich in den sekretorischen Granula zytotoxischer T-Lymphozyten.
Im EU-finanzierten Projekt ATTACK analysieren Spitzenforschende aus dem Bereich Immunologie im Detail die Erzeugung von SMAP sowie deren Wirkungsweise und Eliminierung von Krebszellen. Auf dieser Basis sollen dann natürliche SMAP isoliert oder SMAP synthetisch und unabhängig von zytotoxischen T-Lymphozyten erzeugt werden, um daraus Krebsmedikamente zu entwickeln. Der vorgeschlagene Ansatz kann allein oder in Kombination mit biotechnologischen T-Zellen zum Einsatz kommen.
- Horizon Europe – ERC Starting Grant
- Projektleitung: Jun.-Prof. Dr. Laura Aradilla Zapata (Molekulare Zellbiophysik)
- Förderzeitraum: 2024-2027
Menschliche Zellen sind Wunderwerke der Natur: Sie können sich zum Beispiel durch enge Poren quetschen, sind gleichzeitig aber sehr stabil. Eine wichtige Rolle hierbei spielen zwei Bestandteile des Zellskeletts, starre Mikrotubuli und flexible Intermediärfilamente. Wie diese beiden Komponenten miteinander interagieren, ist bisher wenig erforscht. Laura Aradilla Zapata erhält dafür ab 2024 1,5 Millionen Euro im Rahmen eines ERC Starting Grants.
- Horizon 2020 – ERC Consolidator Grant
- Projektleitung: Prof. Dr. Robert Ernst (Medizinische Biochemie & Molekularbiologie)
- Förderzeitraum: 2020-2025
Viele Krankheiten, etwa Diabetes oder die nichtalkoholische Fettleber, haben ihre Ursachen in molekularen Abläufen der Körperzellen. Die genauen Mechanismen, wie solche Krankheiten entstehen, sind bisher kaum verstanden. Ein Team um Professor Robert Ernst wird nun der Frage nachgehen, inwieweit ein gestörtes Gleichgewicht von Fetten und Proteinen in der Zellmembran Krankheiten auslösen kann.
Findet sein Team heraus, wie das Gleichgewicht von Membranfetten und Proteinen an der Zellmembran reguliert und gesteuert wird, könnten die Forschungsergebnisse wichtige Impulse dafür geben, um die sogenannten Zivilisationskrankheiten wie Diabetes besser therapierbar zu machen.
- Horizon Europe - ERC Consolidator Grant
- Projektleitung: Prof. Dr. Tsing-Young Dora Tang (Synthetische Biologie)
- Förderzeitraum: 2023-2028
Eine große Herausforderung in der synthetischen Bottom-up-Biologie besteht darin, synthetische Zellen mit lebensähnlichen Eigenschaften aus einer minimalen Anzahl von Teilen zu entwerfen und zu konstruieren. Die Verwirklichung dieses Ziels wäre eine große technische Leistung und würde ein Verständnis dafür ermöglichen, wie lebende Systeme aus der Perspektive der physikalischen Chemie funktionieren. Um dies zu erreichen, haben wir uns Bottom-up-Ansätze zunutze gemacht und neue Erkenntnisse über die Auswirkungen der Kompartimentierung auf die Thermodynamik und Kinetik eingebauter Enzymreaktionen gewonnen. Unsere Erkenntnisse, dass eine dynamische Koazervierung ruhende Enzymreaktionen in Gang setzen kann, bilden den konzeptionellen Rahmen für unseren Plan, synthetische zelluläre Systeme zu entwickeln, die dauerhaft außerhalb des Gleichgewichts stehen. Die Ziele von MinSyn sind:
- Definieren, wie molekulare Reaktionsnetzwerke durch Kompartimentierung abgestimmt werden.
- Aufbau minimaler synthetischer Kompartimente mit selbsterhaltendem, aus dem Gleichgewicht geratenem Verhalten.
- Nutzung der Kommunikation zur Koordinierung von Reaktionsnetzwerken innerhalb von Zellpopulationen.
Zusammengenommen testen diese Ziele unsere übergreifende Hypothese, dass nachhaltige Systeme außerhalb des Gleichgewichts durch die Verknüpfung von drei Merkmalen geschaffen werden können: molekulare Reaktionsnetzwerke, Kompartimentierung und Kommunikation. Der Schlüssel zu diesem Unterfangen ist unsere einzigartige Kombination von chemischen, biochemischen und biophysikalischen Werkzeugen für die quantitative Charakterisierung synthetischer zellulärer Systeme. Wir sind in der Lage, die große technische Herausforderung des Aufbaus dauerhafter synthetischer Zellsysteme außerhalb des Gleichgewichts zu bewältigen und ein zentrales Problem der Biowissenschaften anzugehen: "Wie erhalten biologische Zellen und Gewebe Leben aus Ansammlungen von nicht lebenden Molekülen?" Unser interdisziplinärer Ansatz wird der Gemeinschaft neue Werkzeuge zur Verfügung stellen und stellt einen einzigartigen multidisziplinären Ansatz dar, der letztendlich die chemisch-physikalischen Parameter des Lebens definieren wird. Dies kann zu noch nie dagewesenen Möglichkeiten der rationellen Entwicklung molekularer Systeme führen, die die biologischen Fähigkeiten übertreffen könnten.
- Horizon Europe - ERC Starting Grant
- Projektleitung: Prof. Dr. Dominik Munz (Allgemeine und anorganische Chemie)
- Förderzeitraum: 2020 bis 2026
Das gezielte Moleküldesign ermöglicht die Entwicklung neuartiger Solarzellen, Batterien oder Medikamente. Problematisch ist bisher jedoch noch häufig die Spaltung sogenannter „starker Bindungen“. Diese sind jedoch essentiell für Energieumwandlungs- und Energiespeicherungsprozesse, wie sie eben in Solarzellen und Batterien ablaufen. Das EU-Projekt PUSH-IT entwickelt einen neuartigen und allgemeinen Ansatz zur schonenden und potentiell nachhaltigen Veredelung dieser Bindungen und möchte Ladungstrennung als universelles Prinzip in der Synthesechemie etablieren.
Weitere EU-geförderte Projekte
- Horizon Europe - The European Innovation Council (EIC)
- Projektleitung: Prof. Ralf Busch (Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe)
- Förderzeitraum: März 2022 bis Februar 2026
Additive Fertigung könnte sich bald als Standardverfahren für die Herstellung von weichmagnetischen Komponenten für hocheffiziente elektrische Maschinen sowie für passive elektrische Systeme etablieren. Aufgrund ihrer exzellenten mechanischen sowie magnetischen Eigenschaften eignen sich metallische Gläser für die Realisierung von hocheffizienten, 3D-gedruckten elektrischen Motoren. Das von der EU geförderte Projekt AM2SoftMag wird metallische Glass-Legierungen entwerfen und -Pulvern entwickeln für das auf selektives Lasersintern (SLM) basierte Verfahren zur additiven Fertigung von weichmagnetischen Komponenten für elektrische Maschinen. Vom Design amorpher weichmagnetischer Pulverlegierungen über die Optimierung SLM-Druckparameter bis hin zur Verifizierung der resultierenden elektromagnetischen Systeme, AM2SoftMag wird das technologische Potenzial elektrischer Motoren und ihre Anwendung in Assistenzgeräte sowie für e-Mobilität bedeutsam erhöhen.
- Horizon Europe – Health
- Projektleitung: Prof. Thorsten Lehr (Klinische Pharmazie)
- Förderzeitraum: 2022–2025
Unerwünschte Arzneimittelwirkungen (UAW) stellen eine große Belastung für unsere Gesundheits- und Wirtschaftssysteme dar. Allein in Europa sind jährlich etwa 197.000 Todesfälle auf unerwünschte Arzneimittelwirkungen zurückzuführen. Die regelmäßige gleichzeitige Einnahme von fünf oder mehr Medikamenten (Polypharmazie), das gleichzeitige Vorliegen von zwei oder mehr langfristigen Beschwerden oder Krankheiten (Komorbidität) und die genetische Vielfalt wirken sich erheblich auf die Wirksamkeit von Arzneimitteln aus und erhöhen folglich die Häufigkeit und den Schweregrad von UAW.
Das internationale Team des EU-Forschungsprojekts SafePolyMed hat sich zum Ziel gesetzt, Ärzten und Apothekern innovative Instrumente zur Verfügung zu stellen, mit denen sie Wechselwirkungen zwischen Arzneimitteln, insbesondere die so genannten Arzneimittel-Gen-Wechselwirkungen (DDGI), definieren, bewerten und handhaben können, um die Sicherheit der Arzneimitteltherapie insgesamt zu erhöhen.
Insgesamt werden die geplanten Instrumente nicht nur die Leistungserbringer im Gesundheitswesen unterstützen, sondern auch die Patienten und Bürger darüber aufklären, wie sie ihre Arzneimittelbehandlungen angemessen und sicher verwalten können.
- Horizon Europe – Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA)
- Förderzeitraum: 2023–2027
TALENTS zielt darauf ab, ein internationales Programm für die interdisziplinäre und sektorübergreifende Ausbildung von 15 Doktorandinnen und Doktoranden aufzubauen, die für die nächste Generation von Arzneimittelforschern benötigt werden. Im Rahmen von 15 einzelnen, aber miteinander verbundenen Forschungsprojekten wollen wir Krankheitsmodelle, Analysemethoden und mikrobiombezogene Ergebnisse entwickeln und austauschen. Durch die Gewinnung von Erkenntnissen über Korrelationen und Kausalitäten zwischen Mikrobiota und Krankheit wird TALENTS die Entwicklung neuartiger mikrobiom-modulierender Therapien vorantreiben.
TALENTS baut auf einem früheren gemeinsamen Projekt der Universität des Saarlandes, des Universitätsklinikums des Saarlandes und des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland auf, um die transdisziplinäre Doktorandenausbildung zwischen verschiedenen Fakultäten und Institutionen zu fördern. Überdies ist TALENTS sektorübergreifend, indem es eine einzigartige Betreuungsstruktur für jede Doktorandin und jeden Doktoranden mit einem externen Expertenberater und eine translationsorientierte Ausbildung für die individuelle Karriereentwicklung einführt, die auch Abordnungen in einen komplementären industriellen oder klinischen Sektor umfasst. Durch die Arbeit an anspruchsvollen Forschungsprojekten werden die Kandidatinnen und Kandidaten spezifische Kenntnisse und Fähigkeiten an der Schnittstelle von klinischer Medizin, Mikrobiologie und pharmazeutischer Wissenschaft erwerben, die für die moderne Infektionsforschung und Mikrobiom-Interventionen von zentraler Bedeutung sind.
Durch die Zusammenarbeit von Experten aus den Naturwissenschaften, der Medizin und der Bioinformatik bietet TALENTS eine multidisziplinäre und sektorübergreifende Ausbildung auf hohem Niveau.
Zudem ist die UdS an diesen von der Europäischen Kommission geförderten Projekten als Teilnehmerin beteiligt:
- BIOPYRANIA - Biobased pyrazine monomers from second generation biomass for high performance polymers, copolymers and blends (2024-2028)
- EPIVINF – Epigenetic regulation of host factors in viral infections (2022-2027)
- ETERNAL – Boosting the reduction of the environmental impact of pharmaceutical products throughout their entire life cycle (2022-2026)
- HORUS – Casting light on HOst-cytomegaloviRUs interaction in Solid organ transplantation (2022-2027)
- LiverScreen – Screening for liver fibrosis - population-based study across European countries (2020-2025)
- MOQS – MOlecular Quantum Simulations (2020-2024)
- PROTON – Proton transport and proton-coupled transport (2019-2024)
- SINPAIN – A game changer for the treatment of osteoarthritis: a cost effective combined advanced therapy to treat knee osteoarthritis (2022-2026)
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Die folgenden Forschungsprojekte im Schwerpunkt NanoBioMed werden aktuell durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
- Projektleitung: Prof. Dr. Christoph Wittmann (Systembiotechnologie)
- Förderzeitraum: 2024-2026
Mit dem Projekt FUMBIO adressieren wir den steigenden Bedarf an biobasierten chemischen Produkten mit gutem Ökoprofil durch die Entwicklung einer neuen, nachhaltigen "Fumarat-Wertschöpfungskette".
Basierend auf Fermentation soll diese die chemische Synthese von Fumarat aus fossilen Rohstoffen ersetzen. Das neue Verfahren verwendet dabei zwei Hauptausgangsstoffe: CO2, das aus chemischen Prozessen gewonnen wird, und Zucker (z. B. Glukose), der von Pflanzen wiederum aus CO2 erzeugt wird. So ist der zu erwartende CO₂-Fußabdruck von Fumarat und weiteren nachgelagerten Produkten im Vergleich zu den auf Petrochemie basierenden Standardverfahren deutlich geringer oder sogar negativ. Des Weiteren werden wir biokatalytische Wege entwickeln, um das Fermentations-basierte Fumarat weiter zur Herstellung von biologisch abbaubaren Chemikalien einzusetzen, wie z. B. Komplexbildnern und Polymeren. Beides sind großvolumige Produktgruppen (>200 kt/Jahr), so dass hier ein bedeutendes Potential zur Nachhaltigkeitsverbesserung erzeugt wird.
Mit FUMBIO wollen wir die komplette Wertschöpfungskette von den Rohstoffen bis zum Endprodukt aufzeigen sowie die Umweltauswirkungen und den CO2-Fußabdruck im Rahmen einer Lebenszyklusanalyse bewerten. Das Konsortium aus Experten aus den Bereichen Metabolic Engineering, Systembiotechnologie, Biochemie, Bioprozessentwicklung und Lebenszyklusanalyse (Philipps-Universität Marburg, Universität des Saarlandes, Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, BASF) verfügt über alle erforderlichen Werkzeuge und Know-how zur Erreichung der skizzierten Ziele. Wir erwarten kurze Entwicklungszeiten, eine hohe technische Erfolgswahrscheinlichkeit trotz signifikanter Notwendigkeit zur Innovation, Wettbewerbsfähigkeit und hohe Nachhaltigkeit als Basis für die erfolgreiche kommerzielle Umsetzung.
- Projektleitung: Prof. Dr. Christoph Becher (AG Quantenoptik)
- Förderzeitraum: 2021–2024
Zur Anbindung von Quantenknoten an Quantennetzwerke müssen die Frequenzen bzw. Wellenlängen von einzelnen Photonen gezielt an den Standard des Kommunikationskanals angepasst werden (Quantenfrequenzkonversion). In dem Projekt HiFi werden Quantenfrequenzkonverter und die zugrundeliegenden Basistechnologien systematisch weiterentwickelt.
Dazu kommt Expertise aus den Bereichen Quantentechnologie, Optik, Laser-, Faser-, Automatisierungs-, Aufbau- und Verbindungs- und Produktionstechnik zusammen. Neben der AG Quantenoptik der Universität des Saarlandes sind noch weitere fünf Partner an dem Vorhaben beteiligt. Geleitet wird es von der Menlo Systems GmbH.
- Projektleitung: Prof. Dr. Christoph Wittmann (Systembiologie)
- Förderzeitraum: 2017-2024
Omega-3-Fettsäuren spielen eine wichtige Rolle in unserer Ernährung. Sie fördern die Entwicklung des Gehirns, besonders bei Neugeborenen, verbessern die Durchblutung und schützen die Gelenke. Neue Studien bescheinigen insbesondere Docosapentaensäure (DPA) und Eicosatetraensäure (ETA) eine gesundheitsfördernde Wirkung. Aufgrund der geringen Gehalte kommen herkömmliche Extraktionsverfahren auf Basis von Fischölen nicht für die Gewinnung von n-3 DPA- oder ETA in Betracht. In Zusammenarbeit mit dem saarländischen Biotechnologie-Unternehmen MyBiotech und dem Team von Rolf Müller (Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland) zielt das Projekt auf die Entwicklung eines neuartigen Herstellungsverfahrens für seltene Omega-3-Fettsäuren wie DPA und ETA. Neu entdeckte biochemische Synthesewege sollen die effiziente Herstellung dieser komplexen Moleküle in Mikroorganismen ermöglichen. Das Projekt arbeitet an der Entwicklung maßgeschneiderter Zellfabriken in der nicht-konventionellen Hefe Yarrowia lipolytica zur gezielten Synthese der neuen Produkte sowie an der Entwicklung von Fermentationsprozessen zur Herstellung.
- Projektleitung: Prof. Dr. Giovanna Morigi (Theoretische Quantenphysik)
- Förderzeitraum: 2022–2025
In dem Projekt sollen Quantenalgorithmen entwickelt werden, die vom Rauschen profitieren. Es soll ein konzeptioneller Rahmen entwickelt werden, in dem Quantenalgorithmen als selbstorganisierender Prozess mit einem Zusammenspiel von Rauschen und kohärenter Quantendynamik verstanden werden.
Das Projekt wird von der Universität des Saarlandes geleitet. Daneben forschen hier noch die Freie Universität Berlin, das Forschungszentrum Jülich, das Deutsche Elektronen-Synchrotron, die Qruise GmbH sowie IBM Research Europe als assoziierter Partner.
- Projektleitung: Prof. Dr. Christoph Becher (AG Quantenoptik)
- Förderzeitraum: 2021–2025
Im Vergleich zu klassischen Computern können Quantencomputer komplexe Berechnungen wesentlich effizienter durchführen. Dank dieses Geschwindigkeitsvorteils können Probleme berechenbar werden, die mit klassischen Computern als unlösbar gelten. Für praktische Anwendungen braucht es jedoch Systeme, die mit einer deutlich größeren Anzahl an Quanten-Bits (Qubits) arbeiten können als bisher möglich.
In QPIC-1 soll eine neuartige Plattform für einen Quantencomputer entwickelt werden, bei dem einzelne Lichtteilchen (Photonen) als Qubits verwendet werden. Dazu braucht es sowohl neuartige Quellen zur Erzeugung von Quantenlicht als auch integrierte photonische Schaltkreise, in denen die Informationsverarbeitung stattfindet. Mit den Arbeiten und Entwicklungen in QPIC-1 sollen Quantencomputer praxistauglich für echte Anwendungen gemacht werden.
Die Projektkoordination hat die Technische Universität München inne. Neben der Universität des Saarlandes arbeiten in dem Verbundvorhaben noch sechs weitere Partner.
- Projektleitung: Prof. Dr. Christoph Becher (AG Quantenoptik) & Prof. Dr. Jürgen Eschner (AG Quanten-Photonik)
- Förderzeitraum: 2021–2024
Die Quantenkommunikation trägt entscheidend zur sicheren Übertragung von Daten bei. Über weite Strecken stößt die bisherige Quantenkommunikation jedoch an ihre Grenzen. Zur Überwindung dieser Grenzen sind Quantenrepeater notwendig. Neuartige Quantenrepeater sollen in QR.X umgesetzt und unter realen Bedingungen getestet werden. Das Projekt leistet einen essenziellen Beitrag zum Aufbau von Quantenkommunikationsinfrastrukturen zur abhörsicheren Übertragung von Daten. Insgesamt arbeiten hier 25 Einrichtungen aus Deutschland zusammen, darunter Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen.
Die Verbundkoordination liegt bei der Universität des Saarlandes (Christoph Becher).
- Projektleitung: Prof. Dr. Jürgen Eschner (AG Quanten-Photonik) & Prof. Dr. Andreas Schütze (Messtechnik)
- Förderzeitraum: 2021–2024
Mit QuFabLabs wird ein Bildungs- und Kollaborationsökosystem im Bereich der Quantensensoren geschaffen. Kompetenzaufbau, Fachkräfteentwicklung und interdisziplinäre Zusammenarbeit für Sensorsysteme der zweiten Quantengeneration im Maschinen- und Anlagebau stehen im Vordergrund.
Das Verbundvorhaben wird von der Hochschule Ruhr West/Institut für Informatik Bottrop geleitet. Neben der Universität des Saarlandes sind noch die Hochschule Niederrhein/Kompetenzzentrum FAST, das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und System sowie der w.i.r.i. e.V. an der Projektumsetzung beteiligt.
- Projektleiter: Christoph Becher (Quantenoptik)
- Förderzeitraum: 2023–2026
Ziel des Projekts „Miniaturisierte Verschränkunsquelle im Telekombereich auf Basis von AlGaAs-Bragg-Reflexions-Wellenleitern (VOMBAT)“ ist es, eine Quelle für verschränkte Photonenpaare zu entwickeln, bei der die benötigte Pumpquelle und die Erzeugung der verschränkten Photonenpaare in einem Chip integriert sind. Für die Erzeugung von Photonen mit Frequenzen, die den verlustarmen Telekommunikation entsprechen, wird eine Photonenpaarquelle auf der Basis des Materialsystems AlGaAs entwickelt und gefertigt. Für die Verteilung der Photonenpaare auf die verschiedenen Empfänger oder Frequenzen, wird erforscht, wie dies möglichst kompakt in einer integrierten photonischen Schaltung erfolgen kann, in welche die chipintegrierte Photonenpaarquelle eingebettet ist. Auch die technologischen Voraussetzungen für eine spätere kommerzielle Verwertung werden untersucht. Das Gesamtsystem wird in einer bestehenden Glasfaserstrecke getestet.
Die Projektkoordination hat das Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik inne. Neben der Universität des Saarlandes arbeiten in dem Verbundvorhaben noch zwei weitere Partner.
Sonstige Förderer
- Drittmittelgeber: Volkswagen Stiftung
- Projektleitung: Prof. Dr. Sigrun Smola (Institut für Virologie)
- Projektbeteiligte:
- Prof. Dr. Jörn Walter (Genetik und Epigenetik)
- Prof. Dr. Rolf Müller (Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS))
- Förderzeitraum: 2023–2026
Die Reaktivierung einer latenten Virusinfektion stellt eine erhebliche Gefahr für immunsupprimierte Patienten in der Transplantationsmedizin dar. Das BK-Polyomavirus (BKPyV) ist ein noch wenig erforschtes Virus, das bei einer erheblichen Zahl von Empfängern von Nieren- oder allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantaten Nephropathie oder hämorrhagische Zystitis verursacht. Derzeit gibt es keinen Impfstoff, und es werden dringend Medikamente für eine präventive Behandlung benötigt, um Organschäden zu verhindern. Dieses interdisziplinäre Projekt befasst sich mit den größten Herausforderungen, die die Entwicklung von Medikamenten gegen BKPyV bisher behindert haben. Das Projektteam kombiniert auf synergetische Weise spezifisches Fachwissen in der Immun- und Zellbiologie von kleinen DNA-Viren, modernste Genomik und translationale Arzneimittelforschung, um Arzneimittelkandidaten aus einzigartigen Substanzbibliotheken zu identifizieren, die virale Schlüsselprozesse stören. Das Team hat einen neuartigen BKPyV-Replikationstest für das Wirkstoffscreening entwickelt und wird für die präklinische Validierung komplexe humane 3D-Kulturmodelle verwenden, z. B. BKPyV-infizierte Organoide der proximalen Nierentubuli, organotypische 3D-Kulturen mit integrierten Immunzellen und Organ-on-a-Chip-Modelle. Um molekulare Einblicke in die Entwicklung von Arzneimittelresistenzen zu gewinnen und Gegenstrategien zu entwickeln, werden die Forscher innovative BKPyV-spezifische Sequenzierungstechnologien der nächsten Generation einsetzen, um die genetische Anpassung des Virus und die Evolution im Wirt zu überwachen. Mit diesen kombinierten Ansätzen will das Team sowohl einen unkomplizierten translationalen Ansatz für das Repurposing von Medikamenten bei Transplantationspatienten als auch die Entwicklung völlig neuer Medikamentenklassen gegen BKPyV vorantreiben.
- Drittmittelgeber: Wilhelm Sander Stiftung
- Projektleitung: Prof. Dr. Markus Hoth (Biophysik)
- Förderzeitraum: 2024-2026
Die Erstlinientherapie des diffusen großzelligen B-Zell-Lymphoms (DLBCL) ist eine kombinierte Verabreichung verschiedener Antikörper und einer Polychemotherapie (R-CHOP, Pola-R-CHP). Natürliche Killerzellen (NK) spielen eine Schlüsselrolle als Hauptvermittler der Rituximab (R)-vermittelten Zytotoxizität. Die zytotoxische Effizienz von NK-Zellen hängt von intrazellulären Kalziumsignalen ab, die durch Orai/CRAC-Kalziumkanäle vermittelt werden.
Wir haben ein Kalzium-Optimum für die Zytotoxizität gefunden, wobei niedrigere und interessanterweise auch höhere Kalziumsignale weniger effizient sind. Um die Kalziumsignale und die zytotoxische Effizienz einzelner NK-Zellen während der apoptotischen oder nekrotischen Abtötung einzelner Lymphomzellen parallel zu analysieren, haben wir Einzelzell-Zytotoxizitätstests mit hoher Auflösung und automatisierter Analyse entwickelt.
Unser Projekt zielt darauf ab, zu analysieren, ob und wie die Kalzium-Signalübertragung in NK-Zellen die Effizienz der seriellen Abtötung von Lymphomzellen in Gegenwart von R-CHOP oder Pola-R-CHP beeinflusst. Wir wollen verstehen, ob eine gezielte Modulation der Kalzium-Signalübertragung in NK-Zellen, z. B. durch Orai-Kanalblocker, einen therapeutischen Vorteil für die Behandlung von DLBCL haben könnte und ob Kalziumkanäle und Kalzium-Signalübertragung ein Target für die Lymphomtherapie darstellen könnten.