Forschung

Die Abteilung Lebenswissenschaften und Gesundheitstechnologien umfasst die Forschungsrichtungen und Ausbildungsgänge, die sich mit Prozessen oder Strukturen von Lebewesen bzw. an denen Lebewesen beteiligt sind, auseinandersetzen.

Forschungsverständnis

Als eine Leitwissenschaft des 21. Jahrhunderts sind die Lebenswissenschaften (engl. life sciences) insbesondere für die zwei großen gesellschaftlichen Herausforderungen dieses Jahrhunderts, Gesundheit und Nachhaltigkeit, relevant. Gemeinsam mit den Gesundheitstechnologien tragen sie dazu bei, die Gesundheit von Mensch, Tier, Pflanze und Umwelt zu bewahren, die Lebensqualität zu verbessern und die technologische Innovationskraft und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit des Landes zu stärken. Beide repräsentieren zudem einen der am stärksten wachsenden Arbeitsmärkte der nächsten Jahrzehnte.

Das Methodenspektrum in den Lebenswissenschaften umfasst fast das gesamte natur- und ingenieurwissenschaftliche Geräte- und Analyseninventar und reicht auch in Bereiche der Human- und Sozialwissenschaften hinein. Die methodische Arbeit und das theoretische Rüstzeug sind demzufolge häufig stark interdisziplinär, haben aber einen deutlichen Bezug zu Lebewesen.

Die Ausrichtung der Abteilung ermöglicht die fächerübergreifende Zusammenarbeit und damit die Erarbeitung breiterer wissenschaftlicher Zusammenhänge und neuer Life Sciences-Produkte und -Verfahren.


Forschungsschwerpunkte und Plattformen

Forschungsschwerpunkte

Die Forschungsaktivitäten der Abteilung lassen sich primär den Forschungsschwerpunkten 'Biomedizin' und 'Biogene Ressourcen in Wertschöpfungsnetzen' zuordnen, die der Abteilung ihr wissenschaftliches Profil geben. Zugleich sind die Forschungsschwerpunkte vielfältig miteinander verbunden, insbesondere über die Plattformen 'Biomaterialien' und 'Computational Life Sciences'.

Biomedizin

In diesem Forschungsschwerpunkt wird unter Anwendung natur- und ingenieurwissenschaftlicher Kenntnisse und Methoden auf Probleme und Fragestellungen in der Biomedizin eingegangen sowie an innovativen wissenschaftlichen und technischen Ansätzen zur Heilung gesellschaftlich relevanter Erkrankungen des Menschen geforscht. Vertreten sind dabei vornehmlich die molekular- und zellbiologischen, biochemischen, biophysikalischen, biomedizinischen und medizintechnischen Disziplinen.

Unter anderem werden in diesem Forschungsschwerpunkt interdisziplinäre Ansätze zur Anwendung von humanem Zell- und Gewebematerial unterschiedlicher Herkunft und zur Erforschung von physiologischen und pathophysiologischen Prozessen für die Behandlung verschiedener Krankheiten des Menschen verfolgt. Dazu gehören unfall- und verletzungs- oder altersbedingte degenerative Erkrankungen des Skeletts oder Nervensystems, angeborene Stoffwechselstörungen, Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems und Infektionskrankheiten. Zudem wird an der Weiterentwicklung von Genom-Editierungs-Technologien sowie Transposon-abgeleiteten und viralen Vektoren für die Anwendung in der Zelltherapie und somatischen Gentherapie geforscht. Im medizintechnischen Bereich des Forschungsschwerpunkts werden interdisziplinäre Ansätze zu neuartig-vorteilhaften Technologien und Methoden für die qualitativ hochwertige und effiziente Diagnostik und Therapie der o. g. Krankheiten entwickelt. Übergeordnetes Leitziel der wissenschaftlichen Arbeiten in diesem Bereich ist neben verbesserter Heil-Wirkung bzw. befriedigender Untersuchungsergebnisse stets die Minimierung unerwünschter (Neben-)Wirkungen auf die Patient*innen und die Entlastung des medizinischen Personals.

Biogene Ressourcen in Wertschöpfungsnetzen

Die globalen Herausforderungen des Klimawandels, der Ernährungssicherung und der Gesundheit von Mensch und Umwelt (One Health) führen zur Änderung der Ressourcennutzung von einer fossil-linearen zu einer biobasiert-zirkulären Wirtschaftsweise. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich der Forschungsschwerpunkt 'Biogene Ressourcen in Wertschöpfungsnetzen' mit nachhaltigen Produktionssystemen auf biologischer Basis im Dreiklang Agrar-Umwelt-Produkte. Dabei werden die überwiegend agrarwissenschaftlich orientierte Erzeugung von Lebensmitteln und anderen Life Science Produkten in der chemischen und pharmazeutischen Industrie auf Basis biogener Ressourcen in Wertschöpfungsnetzen ins Blickfeld genommen. Zudem werden auch Querschnittstechnologien wie Biotechnologie, Hygiene und Bioverfahrenstechnik für die sichere und nachhaltige Produktion und Nutzung biogener Ressourcen entlang von Prozessketten in Wertschöpfungsnetzwerken verfolgt. Dabei arbeiten die Mitglieder des Forschungsschwerpunktes auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen und bedienen sich verschiedenster Methoden der Lebenswissenschaften und angrenzender Disziplinen.

Zusammen mit Praxispartner*innen wie landwirtschaftlichen und verarbeitenden Unternehmen, Handelsunternehmen, Industrie- und Umweltverbänden, Behörden und Ministerien sowie Verbraucher*innen ('farm to products') trägt die Forschung in diesem Bereich mit neuen Erkenntnissen, Verfahren, Produkten und Normen zu einer nachhaltigeren Gesellschaft bei und fördert die biobasierte zirkuläre Wirtschaftsweise.

Plattformen

Die Plattformen umfassen Methoden und Technologien, die die Forschungsschwerpunkte als Querschnittsfunktion in vielfältiger Weise unterstützen. Darüber hinaus werden innerhalb der jeweiligen Plattform eigenständige Forschungs- und Entwicklungsprojekte verfolgt.

Biomaterialien

Die Forschungsaktivitäten zur Nutzung von Biomaterialien finden in den Forschungsschwerpunkten 'Biomedizin' und 'Biogene Ressourcen in Wertschöpfungsnetzen' vielfältige Anwendung. Sie stellen einen typischen Beitrag der Chemie zu den Lebenswissenschaften dar, wobei die Entwicklung von neuen Biomaterialien aus biogenen Ressourcen für Anwendungen in der Biomedizin sowie im Agrar-, Umwelt- und Lebensmittelbereich untersucht wird.

So werden bereits Biomaterialien für Anwendungen in der Biomedizin und neue Formulierungsmaterialien für Agraranwendungen untersucht. Entwicklungsperspektiven sind Materialaspekte mikrofluider Systeme in der Diagnostik, die Entwicklung neuer Biomaterialien und strukturierter Hybrid-Biomaterialien in verschiedenen Dimensionen und Längenskalen und neuer Immobilisierungsmaterialien für pharmazeutische Träger und deren Trocknung. Dazu kommt die Entwicklung von Biomaterialien als Stammzellträger und im Bereich der Drug-Delivery-Systeme für die Medizin durch Elektrospinnen, Elektrospray und 3D-Drucker.

Computational Life Sciences

Die 'Computational-Life-Sciences'-Plattform unterstützt die gesamte Abteilung beim Einsatz von modernen computergestützten Verfahren und Ansätzen sowie bei allen Fragestellungen bezüglich einer adäquaten Soft- und Hardware-Infrastruktur. Zudem verfolgt die Plattform die eigenständige Entwicklung und den Ausbau neuer Methoden und Verfahren.

Die Computational Life Sciences ermöglichen die Durchführung von in silico Experimenten als nutzbringende Ergänzung zu traditionellen in vivo und in vitro Studien. Typische Aktivitäten sind die mathematische Modellierung und Beschreibung der Eigenschaften eines neuen Biomaterials; die computergestützte Untersuchung biomolekularer und physiologischer Prozesse sowie die Vorhersage pharmakologischer Struktur-Eigenschaftsbeziehungen; die physikalische Simulation einer maßgeschneiderten Endoprothese und ihres statischen und dynamischen Verhaltens; statistische numerische Methoden zur Analyse und Interpretation von experimentellen Daten; der vielfältige Einsatz von Verfahren des Maschinellen Lernens und der Künstlichen Intelligenz für komplexe biomedizinische Fragestellungen oder die Entwicklung, Durchführung, Auswertung und Interpretation von Was-wäre-wenn-Szenarien.

Der ausgeprägte informationstechnische Charakter der Plattform fungiert zusätzlich als besonderer Anziehungspunkt für Doktorand*innen aus dem MINT-Bereich.

An der Schnittstelle der Forschungsschwerpunkte 'Biomedizin' und 'Biogene Ressourcen in Wertschöpfungsnetzen' gibt es, verbunden mit den beiden Plattformen 'Biomaterialien' und 'Computational Life Sciences', neben den verwendeten Materialien und Methoden weitere Schnittstellen. Dazu gehören die Forschung an physiologisch-funktionellen Lebensmittelinhaltsstoffen zur Prävention nicht übertragbarer Krankheiten, die Erzeugung und Bewertung gesunder Lebensmittel, die Entwicklung neuer biotechnischer Kultivierungsstrategien, die Entwicklung neuer Formulierungsmaterialien und -methoden, der Transfer von Krankheitserregern sowie smart product design (Entwicklung und Herstellung von Lebensmitteln, Pharmazeutika und Medizinprodukten).


Disziplinäre Verortung

Die Abteilung versteht sich als interdisziplinäre Forschungsumgebung, die eine Zusammenarbeit über etablierte Fachgrenzen hinweg fördert. Dennoch ist sie insbesondere in den Disziplinen Biologie, Medizin, Chemie, Physik und Verfahrenstechnik verankert.


Aktivitäten

Die Abteilung veranstaltet regelmäßig Kolloquien, Methodenworkshops und eine Ringvorlesung. Darüber hinaus finden regelmäßig Vernetzungsformate für Professor*innen und Doktorand*innen statt. Voraussichtlich ab Herbst 2022 bietet die Abteilung Lebenswissenschaften und Gesundheitstechnologien das gleichnamige Promotionsprogramm an.

Lena Elisa Freitag, M.A.

Koordination der Abteilung Lebenswissenschaften und Gesundheitstechnologien

+49 234 32 10179

lena.freitag@gi-nrw.de

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