Die neue Gruppe "Mikro-und Nano-Biosysteme" unter der Leitung von Dr. Mariana Medina-Sánchez hat das Ziel, ferngesteuerte Mikroroboter nach dem Vorbild der Natur zu entwickeln. Die DRESDEN-concept Forschungsgruppe wurde gemeinsam vom B CUBE - Center for Molecular Bioengineering der TU Dresden und dem Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) gegründet. Die Gruppe ist am 1. Juni offiziell gestartet.

Targeted Drug Delivery, d.h. zielgerichtete und selektive Freisetzung der Arzneimittel in bestimmte Gewebe oder sogar in bestimmte Zellen scheint futuristisch. Die Forschenden der neuen DRESDEN-concept Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Mariana Medina-Sánchez legen jedoch bereits die Grundlagen für solche Technologien. Die Gruppe ist auf medizinische Mikrorobotik spezialisiert. Durch den Beitritt zum B CUBE will das Team mit Fachleuten für zelluläre und molekulare Motilität zusammenarbeiten, um winzige Roboter zu bauen, deren Bewegung von der Natur inspiriert ist.

„Mikrogeräte, man kann sie auch Mikroroboter nennen, die Zellen oder Moleküle durch unseren Körper transportieren, stellen eine große technologische und wissenschaftliche Herausforderung dar", sagt Dr. Medina-Sánchez. „Die physiologischen Bedingungen in unserem Körper sind sehr anspruchsvoll. Unser Blutkreislauf ist eine Pipeline aus winzigen, engen Räumen, die mit dicken Flüssigkeiten wie Blut oder Lymphe gefüllt sind. Wir brauchen neue, innovative Ideen, um Geräte zu bauen, die unter solchen Bedingungen robust funktionieren."

Bioinspirierte Zilien-Roboter
Um Maschinen zu bauen, die effektiv durch ein Labyrinth viskoser Flüssigkeiten navigieren und schwimmen, müssen Wissenschaftler:innen nicht alles selbst herausfinden. Sie können sich von den winzigen Experten inspirieren lassen: den Mikroorganismen.

„Algen, Wimperntierchen und andere einzellige Organismen haben Zilien – spezielle mikroskopische Fortsätze, die sich rhythmisch biegen, Wellen erzeugen und Zellkörper auf diese Weise durch Flüssigkeiten bewegen ", sagt Dr. Veikko Geyer, leitender Wissenschaftler in der Gruppe Diez am B CUBE und Experte für zelluläre Motilität.

Dr. Medina-Sánchez und ihr Team planen, sich die von der Natur entwickelten Lösungen zunutze zu machen und kleine Plattformen auf der Grundlage von Zilien zu bauen. Solche Plattformen können verwendet werden, um ferngesteuerte Mikroroboter zu schaffen, die sich unter physiologischen Bedingungen bewegen.

Interdisziplinärer Ansatz
„Wir freuen uns sehr, Dr. Medina-Sánchez am B CUBE begrüßen zu dürfen", sagt Prof. Yael Politi, geschäftsführende Direktorin des Instituts. "Biomimicking ist eine der drei Hauptsäulen der Forschung an unserem Institut. Die neuen Projekte der Medina-Sánchez-Gruppe passen perfekt zu unseren langfristigen Interessen und bieten uns die Möglichkeit, in die Welt der Mikrorobotik vorzustoßen."

Die von Dr. Medina-Sánchez angestrebten Projekte erfordern die Zusammenarbeit von Forschenden aus verschiedenen Bereichen, sowohl experimentell als auch theoretisch. Dr. Veikko Geyer und seine Kollegen und Kolleginnen in der Diez-Gruppe am B CUBE werden ihre große Erfahrung in der Arbeit mit biologischen Zilien einbringen. Die Gruppe wird ihr Know-how über Spitzentechnologien zur Verfügung stellen, die eingesetzt werden könnten, um Zilien mit spezifischen Funktionen auszustatten und sie mit Hilfe von Hochdurchsatz- und ultraschneller Bildgebung zu analysieren. Ein weiterer wichtiger Aspekt der Forschung ist das grundlegende Verständnis der Physik der Zilien. Hier werden Prof. Benjamin Friedrich und seine Gruppe am Exzellenzcluster Physics of Life (PoL) die Projekte mit ihrer Expertise in theoretischer Physik und prädiktiver Modellierung unterstützen.

Über Dr. Mariana Medina-Sánchez
Mariana Medina-Sánchez hat einen Master in Nanotechnologie. Im Jahr 2013 promovierte sie in Biotechnologie an der Autonomous University of Barcelona, Spanien. 2014 zog sie nach Dresden und kam als Postdoktorandin an das Institute for Integrative Nanosciences (IIN) am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW). Ihre Arbeitsschwerpunkte waren spermatragende Mikromotoren und ultrakompakte aufgerollte Biosensoren. Seit 2016 ist sie Forschungsgruppenleiterin am IIN und IFW. Ihre Gruppe "Micro- and Nanobiomedical Engineering" ist spezialisiert auf medizinische Mikrorobotik und mikrofluidische Plattformen zur Biosensorik. 2020 wurde ihre Forschung durch den kompetitiven European Research Council Starting Grant gefördert.

Über das B CUBE
Das B CUBE - Center for Molecular Bioengineering wurde 2008 als Zentrum für Innovationskompetenz (ZIK) durch die Initiative „Unternehmen Region“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gegründet. Es ist Teil des Center for Molecular and Cellular Bioengineering (CMCB). Die Forschungstätigkeit des B CUBE konzentriert sich auf die Untersuchung lebender Strukturen auf molekularer Ebene und die Übersetzung der daraus resultierenden Erkenntnisse in innovative Methoden, Materialien und Technologien.
Web: www.tu-dresden.de/bcube

Über das Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW)
Das IFW Dresden ist ein außeruniversitäres Forschungsinstitut und Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Die Mission des Institutes ist es, die Physik, Chemie und Funktion von neuen Materialien zu erforschen und aus neuen Erkenntnissen Innovationen zu generieren. Dabei liegt der Fokus auf der Ebene von Molekülen, Atomen und Elektronen, die von den Gesetzmäßigkeiten der Quantenphysik sowie nanotechnologischen Gesetzmäßigkeiten bestimmt werden.

Über DRESDEN-concept
DRESDEN-concept e. V. ist die Forschungsallianz der TU Dresden und lokaler außeruniversitärer Forschungs- und Kultureinrichtungen. Insgesamt 33 Partnerinstitutionen haben sich in dem Verein zusammengeschlossen, um Synergien zu bündeln und gemeinsam den Forschungsstandort Dresden hin zu einem DRESDEN-concept Science und Innovation Campus weiterzuentwickeln.

Das Akronym DRESDEN steht für Dresden Research and Education Synergies for the Development of Excellence and Novelty und unterstreicht den Fokus der Zusammenarbeit: durch die Vernetzung über die Grenzen von Institutionen und Fächern hinweg bietet DRESDEN-concept Forschenden einen idealen Ort für Wissenschaft und Innovation.

Wissenschaftliche Ansprechpartnerin:
Dr. Mariana Medina-Sánchez
E-mail:
Group website: www.mnbe.org