Molekulare Bildgebung

Die Arbeitsgruppe molekulare Bildgebung erforscht neue chemisch sensitive lineare und nicht-lineare spektroskopische Kontrastmechanismen, Lasertechnologien und Detektionsverfahren für eine Multi-Kontrast- bzw. Multi-Parameter-Bildgebung biologischer und biomedizinischer Zielstrukturen (z. B. Gewebeproben (Dünnschnitte, 3D-Proben, Organe), biologische Zellen, Marker-Moleküle (z. B. Wirkstoffe)) sowie von innovativen Materialien (z. B. selbstheilende Polymere). Der applikative Schwerpunkt liegt dabei auf einer molekularen und funktionalen Diagnostik in der Medizin und den Lebenswissenschaften sowie Materialcharakterisierung. Zudem fokussiert sich die Arbeitsgruppe Molekulare Bildgebung auf die Integration der erforschten multimodalen Ansätze in kompakte klinisch verwertbare automatisierte Systeme mit hohem TRL-Level für präklinische und perspektivisch klinische Studien. Der klinische Schwerpunkt liegt dabei auf Tumorerkrankungen und Infektionskrankheiten, da diese Krankheiten einen hohen medizinischen Bedarf, was Frühdiagnose und Therapie anbelangt, aufweisen.

Forschungsthemen

  • Automatisierte nicht-lineare multimodale CARS/SRS/SHG/TPEF/FLIM-Bildgebung für eine morphochemische Gewebecharakterisierung 
  • Multimodale (CARS, SRS, SHG, TPEF, FLIM) Mikroskopie und Intravitalmikroskopie zur (I) labelfreien Darstellung von Biomolekülen (Lipide, Proteine, endogene Chromophore/Autofluorophore wie NAD(P)H und FAD, Elastin, sowie SHG-aktive Makromoleküle wie Kollagen etc.), (II) zur gezielten Beobachtung der Lokalisation von Wirkstoffen sowie deren Freisetzungsdynamik, (III) zur Darstellung von kleinen Raman-Label (Alkin-Tags, stabile Isotopenmarkierungen) in Zellen, Gewebe und Organen, (IV) zur Charakterisierung von intelligenten Materialien
    • Erforschung in-vivo tauglicher multimodaler nichtlinearer (CARS, SRS, SHG, TPEF) spektroskopischer Sondenkonzepte (Imaging-Fasern, starre Endoskope mit Gradientenindexlinsen, Transportfasern) 
    • Erforschung neuer Konzepte zur hochortsaufgelösten (kohärenten) Raman-Mikroskopie
    • Etablierung neuer nichtlinearer Kontrastmechanismen in multimodale Bildgebungsansätze


    • Realisierung mikrofluidischer Probennahme-Konzepte für die nichtlineare multimodale Bildgebung
    • Implementierung von Konzepten zur kombinierten Laser-basierten Therapie und Diagnostik (fs-Laserablation und multimodale Bildgebung) 
    • Erforschung von Faser-Laser-Konzepten für schnelles spektrales Durchstimmen bei extrem niedrigem Rauschen (RIN), hoher Robustheit und kompakter Bauform speziell für klinische Anwendungen


Es werden innovative multimodale molekulare Bildgebungsansätze mit Schwerpunkt auf nichtlinearen Kontrastphänomenen erforscht mit dem Ziel Biomoleküle in Zellen, Geweben und Organen darzustellen. Der technologische Forschungsfokus liegt neben der Realisierung kompakter Aufbauten für einen klinischen Einsatz in einer Optimierung und Verbesserung zentraler Parameter wie: örtliche und spektrale Auflösung, Aufnahmegeschwindigkeit, spektrale Bandbreite der Detektion, Sensitivität (Einzelphotonenzählverfahren), molekulare Spezifität oder Eindringtiefe.

Anwendungsbereiche

  • Medizinisch pathologische Diagnostik:  spektrale Histopathologie ex vivo und in vivo
  • Onkologie: Tumordiagnostik und Therapie
  • Infektionsdiagnostik
  • Zytometrie
  • Wirkmechanismen von Medikamenten
  • Lebendzellmikroskopie
  • Therapiemonitoring
  • Charakterisierung von intelligenten Materialien

Applikativer Schwerpunkt der erforschten nicht-linearen multimodalen Bildgebungsansätze sind eine verbesserte Krankheitsdiagnostik und eine darauf abgestimmte Therapie sowie neue Einblicke in dynamische Lebensprozesse und das molekulare Verständnis von intelligenten Materialien. Weiterhin werden in enger Kooperation mit Medizinern, Lebens- und Materialwissenschaftlern konstant neue Anwendungsfelder der molekularen Bildgebung erschlossen.

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