Die Verwendung von Proteinen, Nukleinsäuren oder vollständigen Zellen als genetisch kodierbare und gezielt modifizierbare molekulare Werkzeuge gewinnt zunehmend an Bedeutung. Eines der produktivsten Anwendungsgebiete ist die Entwicklung von Markern und Sensoren für die in vivo- und in situ-Bildgebung (z. B. auf Basis fluoreszierender Proteine).
Die Forschungsgruppe für Molekulare Ingenieurwissenschaften konzentriert sich darauf, diese vielfältigen Werkzeuge für die optoakustische (OA) Bildgebung nutzbar zu machen. OA ist eine aufstrebende Methodik, die Lichtanregung mit Ultraschalldetektion kombiniert und so eine Bildgebung in tiefem Gewebe ermöglicht. Das physikalische Prinzip dieser Technik erfordert speziell angepasste Marker, die – im Gegensatz zu ihren Pendants in der Fluoreszenzbildgebung – auf eine Maximierung des nicht-radiativen Zerfallkanals abzielen. Darüber hinaus erfordert die größere Eindringtiefe der OA sowie das mögliche Vorhandensein starker Absorber (z. B. Blut) eine besondere Berücksichtigung der Infrarotanwendbarkeit.
Im Bereich der Sensorik passen wir bestehende molekulare Sensoren für die OA-Nutzung an und entwickeln innovative Sensoren auf Basis kleiner Moleküle zur Untersuchung neuronaler Funktionen. Aufgrund der engen Beziehung zwischen Fluoreszenz- und OA-Bildgebung sind solche neuartigen Sensoren für beide Modalitäten von gegenseitigem Nutzen. Darüber hinaus nutzen und erweitern wir die Modularität von Bausteinen (z. B. Marker und Rezeptoren), um eine Kombination aus Visualisierung, Interaktion und nachgeschaltetem Effekt zu ermöglichen.
Abschließend interessieren wir uns für die detaillierte Funktionsweise unserer Werkzeuge auf molekularer Ebene, um unser Verständnis in Richtung echter Top-down-Engineering-Ansätze voranzutreiben.
Die Gruppe kombiniert Methoden des screeningsbasierten und rationalen (computergestützten) molekularen Engineerings mit biophysikalischer und in vivo-Validierung der Werkzeuge sowie der strukturellen Aufklärung ihrer Wirkmechanismen. Wir schöpfen Expertise aus der Struktur-, Molekular-, Zell- und Chemischen Biologie sowie der Biophysik.
Relevante Publikationen
Eine Liste aller Veröffentlichungen finden Sie im ORCID-Profil von Andre C. Stiel
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