Emerging Fields Initiative

Kooperation zwischen Geographie, Informatik (Mustererkennung) und Angewandter Mathematik

Sprecher: Prof Dr. Matthias Braun

Die Anwendung neuer Technologien zur Erdbeobachtung produziert immer größerer Datenmengen. Das Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, neue und effiziente Methoden und Algorithmen zur Verarbeitung und Analyse dieser Datenmengen zu entwickeln. Dies soll unter Einsatz des „Deep Learnings“ erfolgen.

Kooperation zwischen Sozial-und Wirtschaftswissenschaften, Kulturgeographie, Informatik, Recht und Ethik

Sprecher: Prof Dr. Georg Glasze

In Folge des digitalen Wandels sind Veränderungen des Konzeptes der Souveränität auf mehreren Ebenen zu beobachten. Unter der Grundidee der „digitalen Souveränität“ werden die Umwälzungen in Disziplinen wie Sozial- und Wirtschaftswissenschaften, Ethik, Rechtswissenschaften sowie Technik und Informatik behandelt. Das Projekt hat das Ziel, das Verständnis dieser Diskurse sowie ihrer Folgen zu verbessern und voranzutreiben.

Kooperation zwischen Chemie und Pharmazie, Biomedizin, Aroma-und Geruchsforschung, Innerer Medizin, Medizininformatik und Psychologie

Sprecherin: Dr. Helene Loos

Das Projekt beschäftigt sich mit der Ultraspurenanalytik von Körpergerüchen. Es sollen neue Methoden für die Analyse charakteristischer Körpergeruchssubstanzen von Menschen entwickelt werden. Hierzu werden bei Probanden Geruchsproben entnommen, die die Wissenschaftler anschließend chromatographisch und olfaktorisch analysieren. Davon ausgehend sollen neue Forschungsfragen in der Chemokommunikation in den Fokus genommen werden.

Kooperation zwischen Technischer Mechanik, Biomaterialien, Biophysik und Anatomie

Sprecher: Prof. Dr. Paul Steinmann

Dieses Projekt soll helfen, Ersatzmaterialien für biologische Gewebe zu finden, die ähnliche mechanische Eigenschaften aufweisen und sich zudem durch 3D-Biodruck herstellen lassen. Ziel ist es, einen Katalog zu erstellen, in dem solche Materialien aufgeführt sind. Darin wollen die Forscher die spezifischen Charakteristiken der mechanischen Antwort mit dem entsprechenden Modellierungsansatz in Verbindung bringen.

Kooperation zwischen Innerer Medizin, medizinischer Bildgebung, Biochemie und Informatik

Sprecher: Prof Dr. Gerhard Krönke

Mittels neuer Technologien in der Magnetresonanz-Spektroskopie und der Hochfeld-Magnetresonanztomographie können Metaboliten im Gewebe nicht-invasiv gemessen werden. Bei Metaboliten handelt es sich um Zwischenprodukte, die beim Stoffwechsel entstehen. Auf diese Weise sollen entzündliche Gelenkserkrankungen wie rheumatoide Arthritis und Psoriasis Arthritis früh erkannt werden und bisherige Diagnoseverfahren verbessert werden. Dadurch sollen Therapien effektiver und individualisierter werden.

Ziel des Projektes ADVENDO-LIFE ist es, an der Schnittstelle zwischen optischer Technologie-Entwicklung und Anwendungen im Life Science Bereich und Medizin eine neue Endoskopie-Technologie zu entwickeln. Mittels laserbasierter Multiphotonen-Anregung von Marker-Molekülen soll diese Technologie die Visualisierung von Tumoren und Entzündungsprozessen in Geweben zum frühestmöglichen Zeitpunkt bereits auf zellulärer Ebene erlauben. Aus der computergestützten systematischen Analyse der Bilddaten soll eine Datenbank der „Ultra–Struktur von Organerkrankungen“ generiert werden.

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ADVENDO-LIFE

Brustkrebs ist die häufigste krebsbedingte Todesursache bei Frauen. Die große Komplexität dieser Tumorart gilt als Hauptursache dafür, dass noch vergleichsweise wenig über dessen Entwicklung bekannt ist. Daher fehlt es den aktuell verfügbaren Therapien noch an Vorhersagegenauigkeit sowie an Möglichkeiten der frühen Erfolgskontrolle. Obwohl heutzutage präzisionsmedizinische Maßnahmen, wie Untersuchungen des Genoms und immunologische Therapieansätze, zu einer deutlichen Verbesserung der Prognose geführt haben, bleibt eine zielgerichtete, möglichst nebenwirkungsarme, aber dennoch erfolgreiche Behandlung von Brustkrebs eine Herausforderung.

Das Emerging Fields Projekt BIG-THERA umfasst ein multidisziplinäres Team von international anerkannten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der FAU und des Universitätsklinikums Erlangen. Ziel ist es, gemeinsam und aus verschiedenen Perspektiven neue Strategien zu entwickeln, um die Diagnostik, Prognostik und Therapie von Brustkrebs zu verbessern. Das Team verfügt über herausragende Expertisen in den Bereichen klinische und prä-klinische Brustkrebsforschung, Immunologie, Genetik, Bildgebung, Nanomedizin, Ethik, theoretische Physik, Mustererkennung und Big-Data Management.

CYDER ist ein internationales interdisziplinäres Konsortium von Zellzyklus-Experten. Sein Ziel ist es, ein besseres Verständnis von den Auswirkungen der Zellzyklusaktivierung zu erhalten, die zu so unterschiedlichen Prozessen wie Krebs, Regeneration und chronischem Organversagen führen kann. Besonderes Augenmerk gilt dabei der Aufklärung neuer Mechanismen und unbeachteter Gemeinsamkeiten von Zelltypen, die den Zellzyklusaustritt und die terminale Differenzierung regulieren. Ultimativ strebt CYDER mit diesen Bemühungen die Schaffung eines integrativen Bildes der Zellzykluskontrolle an, um damit die Grundlagen für die Entwicklung von Therapien für Zellzyklus-Erkrankungen und die Entwicklung regenerativer Therapien zu bilden.

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Cell Cycle in Disease and Regeneration

Im Rahmen des Projekts “Chemie in lebenden Zellen” arbeitet ein interdisziplinäres Konsortium aus neun akademischen Forschungsgruppen aus Erlangen und Frankfurt an der Entwicklung von Enzym-unabhängigen chemischen Reaktionen, welche orthogonal zu intrazellulären Prozessen ablaufen sollen. Durch diese Reaktionen soll die Zusammenführung von kleinen, Membran-durchlässigen Fragmenten innerhalb lebender Zellen und somit die Bildung von komplexen Wirkstoffen, Fluorophoren oder radioaktiven Sonden ermöglicht werden. Die Reaktionen sollen so konzipiert werden, dass sie lediglich bei der Anwesenheit von speziellen, krankheitsspezifischen Biomolekülen (z. B. miRNAs, ROS) ablaufen. Langfristiges Ziel des Projekts ist die Behandlung menschlicher Krankheiten (z.B. Krebs) und die Verbesserung ihrer Diagnostik.

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Chemistry in living cells

Naturwissenschaft und Literatur sind zwei Pole der Weltbetrachtung und Weltdarstellung, die, in Verbindung gebracht, ein produktives Potential entwickeln können. ELINAS bietet ein Forum für den wechselseitigen Wissenstransfer. Es fragt sowohl nach der Bedeutung von Sprache und Metaphern in der naturwissenschaflticher Forschung als auch nach den Verfahren der Diskursivierung und narrativen Modellierung naturwissenschaftlicher Theorien in literarischen Texten.

Weitere Informationen:

ELINAS

Die endoskopische molekulare Bildgebung stellt ein neuartiges diagnostisches Verfahren dar, welches zukünftig eine frühzeitige Diagnose von Erkrankungen, sowie das Therapiemonitoring von Medikamenten ermöglichen kann.

Weitere Informationen:

Ludwig Demling Center: Molekulare endoskopische Bildgebung

Neuentstehende Anwendungen in der Biologie, Nanotechnologie und Medizin machen die Vernetzung von Objekten und Maschinen mit Abmessungen im Nano- und Mikrometerbereich erforderlich. Traditionelle elektromagnetische Ansätze für den Entwurf entsprechender Kommunikationssysteme sind für solch kleine Größenordnungen nicht geeignet. In der Natur jedoch ist die Kommunikation zwischen Nano- und Mikro-Objekten, wie z.B. Bakterien und anderen Zellen, weit verbreitet. Dabei kommen oft Signalmoleküle als Informationsträger zum Einsatz, so dass ein natürliches molekulares Kommunikationssystem entsteht. Das Projekt bündelt die an der FAU vorhandene Expertise auf den Gebieten Elektrotechnik, Biologie, Materialwissenschaften, Mathematik und Nanomedizin, um – ausgehend von in der Natur vorkommenden Mechanismen und Prozessen – synthetische molekulare Kommunikationssysteme zu entwerfen und zu implementieren.

Der Prozess der Singlett-Spaltung eröffnet einen Weg, zwei angeregte Elektronen durch ein Photon zu erzeugen und damit den Wirkungsgrad von Solarzellen zu erhöhen. Das Projekt will ein grundlegendes Verständnis des physikalischen Prozesses erarbeiten, das zu einem wissensbasierten Design von neuartigen Materalien für Solarzellen führt.

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Singlet fission in novel organic materials – an approach towards highly-efficient solar cells

Eine erfolgreiche Transformation unseres Energiesystems hin zu einem Smart Energy System hängt wesentlich von adäquaten Investitionsanreizen und der Attraktivität der Geschäftsmodelle der beteiligten Stakeholder ab. Ziele des Forschungsprojekts „Sustainable Business Models in Energy Markets“ sind die Generierung von neuen und dringend erforderlichen Erkenntnissen zur Interaktion zwischen Geschäftsmodellen und Regulierung unter Berücksichtigung der technischen Referenzmodelle sowie die Ableitung von Empfehlungen für politische und regulatorische Rahmenbedingungen zur Sicherstellung einer erfolgreichen Transformation des Energiesystems.

Weitere Informationen:

Sustainable Business Models in Energy Markets: Perspectives for the Implementation of Smart Energy Systems

Die Initiative „Synthetic Biology“ beabsichtigt die Etablierung einer interdisziplinären Forschungsplattform zwischen den Feldern Biologie, Informatik, Mathematik, Materialwissenschaften und Physik, um biologische Prinzipien im Nanometerbereich zu verstehen, Ansätze zur rationalen metabolischen Umprogrammierung lebender Zellen zu entwickeln und Ansätze zur Schaffung biologisch-inspirierter Nanomaschinen zu erforschen. Diese Studien werden wichtige Impulse zum Verständnis der Funktionsweisen natürlicher biologischer Systeme liefern.

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Synthetic Biology

Das Projekt will Bio‑Objects als Treiber biotechnologischer Entwicklungen identifizieren, sie in ihrer Multidimensionalität erfassen und ihre Auswirkung auf Akteure und Gesellschaft untersuchen.

Das Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) widmet sich der Forschung im Grenzbereich zwischen Astrophysik, Teilchenphysik und Kosmologie.

Weitere Informationen:

Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP)

Im Rahmen der Emerging Fields Initiative „Medicinal Redox Inorganic Chemistry“ untersuchen wir redox-aktive Metallkomplexe und Schwefelwasserstoff (H₂S), die in der Lage sind, ROS/RNS zu deaktivieren oder zu modifizieren: (a) als pharmazeutische Werkzeuge für die Analyse der Funktion von ROS/RNS in (patho) physiologischen Prozessen und (b) als Agenzien für die Regulierung des intrazellulären Redox-Status und der Immunantwort, als auch für die Behandlung von Krankheitszuständen, die durch Immunschwäche, Entzündung/Infektion und Neuropathologie verursacht werden.

Das Projekt untersucht systematisch, wie sich Nahrung (Nutrition) und Gehirnfunktion (Neurofunction) wechselseitig beeinflussen.

Der stetig wachsende Energiebedarf hat zu einem signifikanten Anstieg bei der Erforschung und Entwicklung alternativer, nicht-fossiler Brennstoffe geführt. Das Forschungsprojekt „Next generation solar power“ hat es sich zum Ziel gesetzt, eine bahnbrechende Plattform zu entwickeln, um chemische Brennstoffe unter Verwendung der Solarenergie zu produzieren. Dabei setzt das neue Zentrum auf künftige Generationen der Photovoltaik, die Nanoröhren Metalloxid-Architektur (nanotubular metal oxide architecture, NMOA) für die solare Wasserspaltung sowie auf künstliche Blätter (artificial leaves, AL). Letztlich sollen so mit höchster Effizienz und maximaler ökologischer Nachhaltigkeit Kraftstoffe und Strom hergestellt werden, deren Energiekosten mit denen der aktuellen Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen vergleichbar sind.

Die Vereinigung von Quantentheorie und Allgemeiner Relativitätstheorie zur Quantengeometrie gilt als eine der größten Herausforderungen der modernen Grundlagenphysik und das Erlanger Forschungsprojekt versucht zur Lösung dieses Rätsels einen Beitrag zu leisten.

Ziel des Gesamtprojektes ist die grundlegende Erforschung und Entwicklung von zellbasierten Organstrukturen und einer darauf aufbauenden kompletten Regeneration geschädigter Organe, z.B. von Knochen mit integrierten Gefäßen. Basierend auf der Kombination von neuen Herstellungsverfahren für dreidimensionale Gerüststrukturen mit bioaktiven Materialien, spezifischen Wachstumsfaktoren und patienteneigenen Zellen soll die mikroanatomische Struktur von Knochen und Blutgefäßen nachgebildet werden. So sollen in Zukunft neue intelligente Therapien durch den Einsatz von maßgeschneiderten Biomaterialien sowie die Herstellung von kompletten Organen bzw. Organbestandteilen im Labor oder direkt im OP am bzw. im Patienten möglich werden. Durch diese Kombination wird die komplizierte und langwierige Kultivierung der Organe entfallen.