Lebensähnliche Materie
Künstliche Zellen und lebensähnliche Systeme
Leitung:
- Tsvetomir Ivanov
- Priyanka Sharan
Schwerpunkte:
Polymersome & dynamische Membranen
Koazervate → Faserbildung → Nanoorganellen
Photobiokatalytische Reaktionen & Stoffwechselkaskaden
Kokultivierung mit natürlichen Zellen
Photobiokatalyse
Im Bereich Künstliche Zellen und lebensähnliche Systeme entwickeln wir adaptive molekulare Systeme, die Chemie und Biologie miteinander verbinden, indem sie die dynamischen Prinzipien des Lebens nachahmen. Von Polymersomen und Koazervaten, die sich zu Membranen, Fasern und Nanoorganellen organisieren, bis hin zu photobiokatalytischen Reaktionen und Stoffwechselkaskaden – unsere künstlichen Zellen bauen sich selbst auf, konfigurieren sich neu und entwickeln neue Funktionen. Durch die Integration mit natürlichen Zellen fungieren diese Systeme als adaptive Prototypen des Lebens – sie enthüllen, wie Moleküle reaktionsfähige, neuartige Verhaltensweisen hervorbringen, und ebnen den Weg für transformative biomedizinische Anwendungen.
Koazervation (Tsvetomir Ivanov)
Wir nutzen die Koazervation als leistungsstarkes Prinzip der molekularen Selbstorganisation, um adaptive, lebensähnliche Kompartimente zu schaffen. Von dynamischen Tröpfchen, die Biomoleküle konzentrieren, bis hin zu Fasern und Nanoorganellen, die Kaskadenreaktionen ermöglichen, dienen Koazervate als Minimalmodelle der zellulären Organisation. Unsere Mission ist es, aufzudecken, wie einfache molekulare Wechselwirkungen neuartige Strukturen und Funktionen antreiben – und so eine Brücke zwischen der grundlegenden Chemie und dem adaptiven Verhalten lebender Systeme zu schlagen.
Polymersomen (Priyanka Sharan)
Wir erforschen das Anpassungspotenzial künstlicher Zellmembranen und entwickeln dynamische Polymersomen und Lipid-Polymer-Hybride, die auf Umwelteinflüsse reagieren. Durch die Steuerung von Membranzusammensetzung, -transport und -umorganisation decken wir auf, wie molekulare Wechselwirkungen die Kompartimentierung, Teilung und funktionelle Neukonfiguration vorantreiben. Unsere Mission ist es, die Prinzipien aufzudecken, nach denen Membranen als aktive Grenzflächen fungieren, sodass künstliche Zellen lebende Systeme nachahmen, mit ihnen interagieren und kommunizieren können.
Biophotocatalyse
Leitung:
- Katharina Landfester
- Boloromaa Bayarkhuu
Schwerpunkte:
- Integration von Enzymen mit lichtempfindlichen Katalysatoren
- Entwicklung adaptiver Systeme in künstlichen Zellen und Nanoträgern
- Steuerung von Enzymkaskaden, Photoregeneration und kompartimentierten Reaktionen
Wir entwickeln adaptive biophotokatalytische Systeme, die Enzyme mit lichtempfindlichen Katalysatoren in künstlichen Zellen und Nanoträgern integrieren. Durch die Steuerung von Enzymkaskaden, Photoregeneration und kompartimentierten Reaktionen schaffen wir reaktionsfähige, lebensähnliche Netzwerke, die komplexe chemische Umwandlungen durchführen können. Unsere Mission ist es, die Prinzipien der steuerbaren, lichtgetriebenen Katalyse aufzudecken und sie in biomedizinische Anwendungen, synthetischen Stoffwechsel und Nanomedizin der nächsten Generation zu übertragen.
Faserbildung
Leitung:
- Ingo Lieberwirth
- Francesca Mazotta
Schwerpunkte:
- Kryo-TEM und Rekonstruktion von Peptidfasern
- Faserbildung aus Peptidkoazervaten
Unsere Gruppe untersucht die Selbstorganisation von Peptidfasern im Nanobereich mithilfe modernster Kryo-Transmissionselektronenmikroskopie (Kryo-TEM) in Kombination mit 3D-Strukturrekonstruktion. Durch die Aufklärung der Architektur und der Entstehungswege dieser Fasern in ihrem natürlichen hydratisierten Zustand decken wir die strukturellen Prinzipien auf, die ihre Stabilität, Dynamik und Funktion bestimmen. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung peptidbasierter Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften für biomedizinische, nanotechnologische und biomimetische Anwendungen.
Fortschrittliche Fertigung und 3D-Druck
Leitung:
- Maria Villiou
Schwerpunkte:
- Hydrogel-Bio-Tinten und adaptiver Druck
- Integration von künstlichen Zellen und Nanoträgern
Diese Plattform entwickelt adaptive Hydrogele und Bio-Tinten, die künstlichen Zellen und Nanoträgern integrieren, um dynamische, multifunktionale Umgebungen zu schaffen. Mithilfe von 3D-Druck entwerfen wir strukturierte Materialien, die Kaskadenreaktionen beherbergen und sich zu gewebeähnlichen Architekturen zusammenfügen lassen. Diese adaptiven Biomaterialien bilden eine vielseitige Brücke zwischen molekularen Systemen und komplexen biologischen Funktionen und ermöglichen Anwendungen von reaktionsfähigen therapeutischen Gerüsten bis hin zu lebensechten Modellsystemen.