Prof. Walles
Hon.-Prof. Dr. rer. biol. hum. Heike Walles
Core Facility Tissue Engineering
Aktuelle Projekte
TACTIC (Towards co-evolution in human-technology interfaces)
Laufzeit: 01.01.2024 bis 01.02.2027
Wissenschaftliche Ziele
Die Idee der Co-Evolution an der Mensch-Technologie-Schnittstelle beruht darauf, dass sowohl die biologische Seite wie auch die technische Seite eines Interfaces nicht nur dynamisch und adaptiv sind, sondern in ihrer Adaptivität die der Gegenseite mitberücksichtigen. Die Untersuchung dieser Beeinflussung führt zu einem vertieften Verständnis der Ursachen nicht-gewünschter Prozesse, etwa bei der Maladaption entzündlicher Prozesse an unerwünschte Veränderungen der Implantat-Oberflächen. Mit diesem Verständnis eröffnen sich dann neue Strategien, gewünschte Prozesse im Sinne einer Co-Evolution zu unterstützen. Hierzu zählen Möglichkeiten adaptiver Technologien und Sensorik-Ansätzen, die sich auf individuelle Dynamiken im biologischen System einstellen können, oder auch die Entwicklung von Prozess-bewussten Technologien, die gewünschte Dynamiken im biologischen System herbeiführen können.
Intendierte Strategische Ziele
Die TACTIC GS-Module sind so ausgerichtet, dass zusätzliche translationale Expertisen auf dem Querschnittsbereich der Medizintechnik, Sensorik, und Künstliche Intelligenz (KI) am Standort gestärkt werden können, mit dem Ausblick, die Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsaktivitäten im Land zu stärken. Eine enge Verschränkung von Lebenswissenschaften und Ingenieurswissenschaften wird über alle Module angestrebt, um zukünftige Verbundprojekte in diesem Bereich zu ermöglichen. Darüber hinaus soll durch die Einbindung von KI eine Stärkung des Profilbereichs Medizintechnik entstehen. Durch Internationalisierung der Forschungsschwerpunkte ermöglicht TACTIC eine Vernetzung mit EU-Partnern, was eine wichtige Voraussetzung für die Ausrichtung von Konsortien ist, um auch die Wissenschaft in Sachsen-Anhalt zu stärken.
Arbeitsprogramm
Die GS umfasst 3 Module mit insgesamt 9 Promovierenden. Die thematische Vernetzung entsteht durch Promotionsthemen, denen parallel mindestens zwei thematische Module zugeordnet sind. Jedes der 3 thematischen Module – Interaction, KI und Interface – wird mit je 3 Promotionsstellen (100%) ausgestattet. Ziel ist es, unsere Promovierenden sowohl für den akademischen, als auch privatwirtschaftlichen Arbeitsmarkt zu qualifizieren. Durch Doktorandenseminare soll interdisziplinäre Kompetenz vermittelt werden. Durch jährlichen Thesis-Komitee-Meetings und-TACTIC Symposien wird die Entwicklung der Promovierenden unterstützt. Ein internat. Netzwerk soll durch Präsentationen auf internat. Kongressen und selbstorganisierten Symposien aufgebaut werden.
Stimulate 2 - Teilprojekt Immunoprofiling
Laufzeit: 01.10.2020 bis 30.09.2025
Stimulate 2 - Teilprojekt Immunoprofiling - Bestimmung der für den Patienten individualisierten interventionell-onkologischen Therapieform zur kurativen minimalinvasiven bildgeführten Behandlung von Tumoren im iCT Setup
Abgeschlossene Projekte
Patch- lokalablative Tumortherapie
Laufzeit: 01.10.2022 bis 30.09.2024
Lokal begrenzte Tumore können durch chirurgische Verfahren vollständig entfernt und damit geheilt werden. Zusätzlich können einzelne kleinere Tumorherde durch Hitze- oder Kälteeinwirkung, also durch lokalablative Verfahren, abgetötet werden. Häufig lassen sich Tumore durch diese Behandlungen nicht vollständig entfernen. Da für eine erfolgreiche Behandlung von Krebserkrankungen die vollständige Entfernung des Tumorgewebes erforderlich ist, sind oftmals mehrere chirurgische Entfernungsoperationen (Resektionen) notwendig
Zeitaufgelöste Raman- und metabolische Spektroskopie-Untersuchungen zur Detektion, Identifikation und Behandlungskontrolle mikrobieller Aktivität bei chronischer Inflammation und Kanzerogenese (TIRAMISU) - Teilvorhaben: 3D Gewebemodelle des Rachenraums FKZ: 13N15789
Laufzeit: 01.08.2021 bis 31.07.2024
Das übergeordnete Ziel, dieses mit insgesamt 4,8 Millionen Euro geförderten FuE-Verbundvorhabens, ist die Erforschung eines nicht-invasiven endoskopischen Verfahrens zur Früherkennung von mikrobiellen Infektionsherden im Menschen anhand von Stoffwechselveränderungen und molekülspezifischer ‚Fingerabdrücke‘ der Mund-Rachenmucosa und seines Mikrobioms. Das zusammengestellte Konsortium besteht mit den KMU Omicron-Laserage® Laserprodukte GmbH (Omicron), MedFact Engineering GmbH (MedFact), Photonscore GmbH (Photonscore) sowie den wissenschaftlichen Partnern Leibniz Institut für Neurobiologie Combinatorial NeuroImaging Core Facility (LIN CNI), Otto-von-Guericke Universität (OvGU) Magdeburg, Core Facility Tissue Engineering (CF TE) und der Medizinischen Fakultät des Universitätsklinikum Magdeburg - Universitätsklinik für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde, Kopf- und Halschirurgie (UKM HNO). Das Konsortium besteht aus hochspezialisierten Partnern mit höchster Expertise in ihren jeweiligen Fachbereichen und stellt somit die bestmögliche Voraussetzung für das hier beschriebene hoch anspruchsvolle FuE-Projekt dar. Im Kontext des Verbundprojektes ist die Core Facility TE verantwortlich für die Unterstützung des Partners LIN bei der Festlegung der Wellenlängen, Messzeiten und Definition der Spektren für die Detektion von Biofilmen und entstehenden Tumoren im Rachenraum. Nach der Entwicklung der Flächendetektoren, können diese an den Gewebemodellen sehr präzise für die Evaluation der Belastung gesunder Zellen durch die eingesetzten Laser und Messzeiten verwandt werden. Abschließend kann mit den Gewebemodellen in "Doppelt-Blind-Studien" die Sensitivität und Spezifität des neuen TIRA-Verfahrens (Endoskops) zur Detektion von Biofilmen und Tumorentstehungen im Rachenraum eingesetzt werden. Die beiden letzten Aspekte sind wichtige Zulassungsvoraussetzungen für den zukünftigen klinischen Einsatz des neuen Endoskops.
Aerosolentstehung in der Lunge und Einkapselung von Viren WA2915/12-1
Laufzeit: 01.05.2021 bis 30.04.2024
Ziel des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG mit fast 900.000 Euro geförderten interdisziplinären Projektes ist es, herauszufinden, warum es das Phänomen so genannter "Superspreader" gibt. Die drei geförderten Forscherteams gehen den Fragen nach, wie die Viruspartikel im menschlichen Körper in die winzigen Aerosole verpackt werden und welche Mechanismen dann dazu führen, dass diese Aerosolpartikel anschließend in den Atemwegen anderer Menschen anhaften, dort platzen und zu weiteren Infektionen führen. Verfahrenstechniker entwickeln anschließend Simulationsmodelle, um belastbare Vorhersagen über die Verteilung und Verbreitung der Aerosole zu treffen.
3D Trainingsmodell für thorakale Operationen und Interventionen
Laufzeit: 01.01.2022 bis 31.12.2022
In der minimalinvasiven Chirurgie (MIC) stellt der Brustkorb aufgrund seiner rigiden Hülle aus Rippen, Brustbein und Wirbelsäule und den durch sie geschützten sensiblen und hochempfindlichen inneren Organen eine besondere Herausforderung an Entwickler und Behandlungsteams dar.
Zudem erfordert die minimalinvasive Brustkorbchirurgie von Ärzten besondere psychomotorische Fähigkeiten. Grundlegende praktische Fähigkeiten sollten bereits außerhalb des Operationssaals erlernt und perfektioniert werden.
Das Magdeburger Thorax-Modell bildet die räumliche Situation im menschlichen Thorax exakt ab. Als chirurgisches Trainingsmodell ermöglicht es Studenten, Ingenieuren, Pflegekräften und Ärzten, Interventionen und Operationen am Thorax wirklichkeitsnah zu studieren und zu üben.
Das Modell wurde aus Patientendaten generiert und ist deshalb eine 1:1 Kopie eines menschlichen Brustkorbs. Für die unterschiedlichen Anforderungen steht ein männlicher Brustkorb ("Otto"), ein weiblicher Brustkorb ("Editha") und ein Kinderbrustkorb ("Liudolf") zur Verfügung.
Aufgrund des angewandten additiven Fertigungsverfahrens können individuelle Anwenderwünsche bei der Implementierung von speziellen Funktionen und Eigenschaften berücksichtigt werden.
Als inaktives Modell ist das Magdeburger Thoraxmodell einfach zu installieren und flexibel und kosteneffizient in der Anwendung.
Für die Weiterentwicklung des F&E Ansatzes wurde in 04/2022 die MD2B-LifeSciences GmbH als Spin-Off ausgegründet.
Konzeptphase MEDINET Industrie in Klinik Plattform (INKA Healthtec Innolab @ UMMD)
Laufzeit: 01.10.2020 bis 31.03.2021
Das MED Innovation Network (MEDINET) soll durch seine Struktur Medizintechnikunternehmen helfen, die Chancen eines erfolgreichen Markteintritts und eine nachhaltige Marktdurchdringung zu erhöhen und den Kliniken in Sachsen-Anhalt eine Qualitätsführerschaft zu ermöglichen.
MEDINET vermittelt Expertise und Dienstleistungen entlang des gesamten Produktentstehungsprozesses. MEDINET wird getragen von der MEDICS GmbH als Beratungsdienstleister, dem INKA Innolab an der Universitätsmedizin Magdeburg (UMMD), medizinischen Experten, zertifizierten Laboren der Uniklinik, der Core Facility Tissue Engineering und weiteren Institutionen der Otto-von Guericke Universität Magdeburg (OVGU).
Effect of HZI compounds on autophagy in engineered tissue culture models
Laufzeit: 01.12.2019 bis 30.09.2020
Effect of HZI compounds on autophagy in engineered tissue culture models……………………………………………………………………………………………………………………………
Core Facility Tissue Engineering
Laufzeit: 01.01.2019 bis 31.12.2019
Core Facility Tissue Engineering
Seit November 2018 wird an der Universität Magdeburg eine Core Facility Tissue Engineering (TE) unter der Leitung von Frau Prof. Walles etabliert. Diese ist lokalisiert im Gebäude 28, da dies zentral auf dem universitären Campus zwischen den verfahrenstechnologischen Fakultäten und der Medizintechnik, mit dem Forschungscampus Stimulate und dem Wissenschaftshafen, mit Unternehmen der Medizintechnik Branche, angesiedelt ist.
In diese Core Facility TE, sind mittlerweile alle Methoden etabliert um Mitglieder von anderen Arbeitsgruppen in den Aufbau von dreidimensionalen (3D) Gewebemodellen einzulernen bzw. diesen Arbeitsgruppen entsprechende 3D vaskularisierte Gewebemodelle zu Verfügung zu stellen, siehe auch Abbildung 1.
Im nächsten Schritt zur Etablierung der Core Facility TE, werden nun Read out´s, idealerweise nicht-invasiv, zum Nachweis der zellulären Schädigung, Belastung der zellulären Komponenten der 3D Gewebemodelle bzw. Biophantome auch durch neue Medizinprodukte oder ablative Verfahren aufgebaut und validiert.
Die in der Core Facility TE aufgebauten 3D Gewebemodelle und zukünftig auch Biophantome, werden von den Kooperationspartnern in ihren Einrichtungen eingesetzt, um den Einfluss ihrer neuen Implantate, diagnostische oder therapeutischer Verfahren zu simulieren. Nach den entsprechenden Versuchen, kann das Gewebemodell in die Core Faciltiy TE zu Analyse zurücktransportiert werden. Hier werden die behandelten 3D Gewebemodelle zukünftig mit diversen Methoden wie beispielsweise TEER-Messungen, Raman Spektroskopie oder immunhistologischen Färbungen charakterisiert. Zudem können die unterschiedlichen Zellpopulationen zu biomedizinischen Charakterisierung aus dem Gewebeverband isoliert werden. Nur eine gemeinsame Auswertung dieser analytischen Verfahren, ergeben eine möglichst realistische Aussage über die zelluläre Schädigung und die Beeinflussung des regenerativen Potentials des Gewebverbandes. Ein möglicher Workflow sieht folgendermaßen aus. In der Core Facility TE wird ein Lungentumormodell hergestellt (siehe auch Abbildung 2), diese wird zur Bild-gestützen Therapie mittels CT in den Speicher B des Wissensschaftshafen transportiert. Dieser Transport über eine Distanz von 500 m erfolgt perfundiert und Temperatur-kontrolliert bei 37oC (siehe auch Abbildung 2).
Unmittelbar nach der Ablationstherapie wird das Tumormodell analog in die Core Faciltiy zurück transportiert. Hier wird nun mittels TEER-Wert Analyse die Barriere Funktion und damit die Zell-Zell-Kontakte in unterschiedlichen Tiefen des Tumors und des gesunden Gewebes bestimmt. Danach werden diese Gewebebiopsien mittels Raman Spektroskopie charakterisiert, bevor eine Isolation der Zellen und ein FACS-sorten zur quantitativen Bestimmung des Schädigungsgrades durchgeführt wird. Die FACS sortierten Zellen werden im Anschluss noch molekular auf die Induktion von Resistenzen oder den Zelltod charakterisiert.