Neue Schnittstelle zwischen Zelle und Technologie

Viele moderne biosensorische Verfahren stoßen an physikalische und biologische Grenzen, wenn es um die kontinuierliche Erfassung intrazellulärer Prozesse geht. Klassische Sensoren sind häufig invasiv oder nur eingeschränkt für Echtzeitmessungen in lebenden Systemen geeignet.

Das Projekt WITS-2 (Wireless Intracellular Transceiver System) adressiert diese Herausforderung durch einen grundlegend neuen Ansatz: Die Zelle selbst wird Teil eines Messsystems. Biochemische Signale sollen dabei nichtinvasiv erfasst und drahtlos übertragen werden. Damit entsteht ein neues Konzept für die Verbindung von biologischen Prozessen und technischer Signalverarbeitung.

Entwicklung von Mikro- und Nanosystemen für biologische Messungen

Im Rahmen der GO-Bio initial Machbarkeitsphase werden neuartige Komponenten im Mikro- und Nanometerbereich entworfen, simuliert und hergestellt. Die Entwicklung erfolgt unter Einsatz von Multiphysik-Simulationen, um das Verhalten der Systeme unter physiologischen Bedingungen präzise vorherzusagen.

Die technische Umsetzung liegt bei der Technischen Universität München, während die experimentelle Validierung in enger Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Dresden erfolgt. Dort werden die Systeme unter biologisch relevanten Bedingungen getestet und weiterentwickelt.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Integration speziell entwickelter molekularer Rezeptoren in synthetische Vesikel (Giant Unilamellar Vesicles, GUVs). Dadurch soll untersucht werden, wie biologische und technische Komponenten aufeinander reagieren und wie sich diese Schnittstellen stabilisieren lassen.

Zwei Prototypen für Forschung und Anwendung

Auf Basis dieser Arbeiten entstehen zwei komplementäre Prototypen:

• WITS-Lab ist für den Einsatz in der Zell- und Organoidforschung konzipiert und ermöglicht die detaillierte Analyse intrazellulärer Prozesse unter kontrollierten Bedingungen.
• WITS-Patch ist ein tragbares System zur kontinuierlichen Erfassung physiologischer Parameter im menschlichen Körper. Damit eröffnet sich perspektivisch die Möglichkeit einer dauerhaften, minimalinvasiven Gesundheitsüberwachung.

Beide Systeme bilden die Grundlage für eine skalierbare Plattformtechnologie in der Biosensorik, die weit über einzelne Anwendungen hinausgeht.

Perspektiven für biomedizinische Forschung und Diagnostik

Durch die Kombination von synthetischer Biologie, Nanotechnologie und drahtloser Datenübertragung erschließt WITS-2 ein interdisziplinäres Forschungsfeld mit hohem Innovationspotenzial. Die Technologie ermöglicht perspektivisch die simultane Erfassung mehrerer biochemischer Prozesse direkt im Gewebe.

Langfristig ergeben sich Anwendungsmöglichkeiten in der biomedizinischen Forschung, der klinischen Diagnostik sowie in der personalisierten Gesundheitsüberwachung. Auch Einsatzfelder im Bereich Leistungssport werden perspektivisch adressiert.

Mit GO-Bio initial wird die Machbarkeit dieses neuartigen Systemansatzes geprüft und der Grundstein für eine mögliche Weiterentwicklung zu einer Plattformtechnologie gelegt.

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