Wissenschaftliches Profil

Das Graduiertenkolleg PULMOSENS widmet sich in einem interdisziplinären Ansatz, getragen von Wissenschaftlern der Medizin, der Physik, der Chemie sowie der Ingenieurwissenschaften, der Entwicklung von innovativen sensorischen und bildgebenden Methoden, welche die komplexen Problemstellungen bei der Darstellung und Messung der pulmonalen epithelialen Funktion und pathologischen Lungenveränderung lösen sollen.

Die Lunge als Gesamtorgan, ihr grundsätzliches Verständnis sowie die Modellbildung und Erfassung ihrer krankhaften Veränderungen hat dabei einen bedeutenden medizinischen und sozioökonomischen Hintergrund. Gleichzeitig stellt die Lunge aufgrund ihrer speziellen Struktur und funktionalen Besonderheiten – insbesondere seien an dieser Stelle der fehlende direkte sensorische Zugang zu den unteren Atemwegen sowie die einzigartige Luft-Flüssigkeitsgrenze (ALI) genannt – eine Herausforderung für jedes zu konzipierende Messsystem dar.

PULMOSENS bearbeitet vier komplementäre, thematisch zusammenhängende Projekte, denen jeweils eine Fragestellung der Lebenswissenschaften zugrunde liegt und in denen zielgerichtet neue sensorische Verfahren entwickelt werden. Die medizinischen Fragestellungen fokussieren auf Untersuchungen an der Einzelzelle, am Epithel, an einem artifiziellen Alveolensystem sowie am Gesamtorgan.

Die vier Zentralprojekte von PULMOSENS sind:

  • Sekretion, bei der insbesondere die Mechanismen der Surfactant-Sekretion bei Typ-II-Pneumozyten untersucht werden
  • transepithelialer Transport, wobei die Barrierefunktion des Epithels an der einzigartigen Luft-Flüssigkeitsgrenze (ALI) im Vordergrund steht
  • mechanisch induzierte Signalkaskaden im Alveolus, wobei in einem artifiziellen Alveolensystem spezifisch die Rolle bzw. auch das Zusammenwirken einzelner Zelltypen des Epi- und Endothel untersucht werden soll
  • Modellverifikation und Analyse des Lungenschadens am Klein- und Großtier basierend auf Gas- und Blutanalyse, um die Modellbildung und den bidirektionalen Gas-/Flüssigkeitsübergang makroskopisch zu evaluieren.

Insgesamt bietet die interdisziplinäre, projektübergreifende Bearbeitung dieser vier Zentralprojekte die Möglichkeit, multimodale Sensorsysteme zu entwickeln, die optimal auf die geometrisch und physiologisch einzigartigen Verhältnisse in den unteren Atemwegen angepasst sind. Die Bearbeitung erfolgt dabei durch Experten in komplementären Feldern wie der molekularen Zellbiologie, Physiologie, experimenteller Lungenforschung, den Materialwissenschaften, der Biophysik, der analytischen Chemie sowie der Nanotechnologie, integrierten Schaltungstechnik und der Sensorik.

Neuentwickelte Sensorik

Es ist zu erwarten, dass die mit Hilfe der neuentwickelten Sensorik durchgeführten Messungen zu einem grundlegend neuen Erkenntnisgewinn über die molekularen Prozesse und Signalkaskaden in den Alveolen sowie die transepithelialen Transportprozesse führen werden.

Das Verständnis der mikroskopischen Funktionalität der Lunge zusammen mit den im vierten Zentralprojekt erworbenen makroskopischen Erkenntnissen über das Gesamtorgan wird mittel- bis langfristig zu neuen Therapieansätzen bei Krankheiten wie der COPD, der Acute Lung Injury nach Polytrauma und der Sepsis führen. Aus sensorischer Sicht stellt die Erforschung der Lunge mit den o.g. Zielen aufgrund ihrer strukturellen Einzigartigkeit eine spannende Herausforderung dar, da hier nur eine Kombination der im speziellen Kontext der Lunge anwendbaren aktuellsten Messverfahren in miniaturisierter Form und mit zugleich hoher Empfindlichkeit zum Erfolg führen kann.

Bronchial Anatomy
Anatomie der Lunge: Struktur eines Alveolus

Autor: Patrick Lynch
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