Co-Creation Projects

Forschung des Labors Prof. Neher am DZNE hat gezeigt, dass die Reduzierung von aggregiertem Medin, abnormen Proteinablagerung (Amyloid) in den Arterien älterer Menschen, eine vielversprechende Behandlung gegen Alzheimer sein könnte. Loss-of-Function-Mutationen im MFGE8-Gen, aus dem Medin entsteht, scheinen außerdem vor Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu schützen. Eine Zusammenarbeit mit dem führenden Biotech-Unternehmen Neurimmune hat zur Entwicklung vielversprechender Antikörper geführt, die die Aggregation von Medin blockieren können. Ziel des Projekts ist es, diese Antikörper zu validieren und ihre Wirksamkeit bei der Reduzierung von Medin-Ablagerungen im Körper zu zeigen.

Helmholtz Munich und der Pharmakonzern Allergopharma arbeiten zusammen, um den ersten mRNA-basierten tolerogenen Impfstoff  (ein Impfstoff, der das Immunsystem dazu bringen soll, nicht mehr übermäßig auf allergische Reize zu reagieren), in eine klinische Studie zu führen. Die Partnerschaft zielt darauf ab, die Wirksamkeit dieser neuartigen Therapie – zunächst mit dem Fokus auf Hausstaubmilbenallergie – zu validieren, die Zusammensetzung des Wirkstoffs zu optimieren und ihn mit herkömmlichen Therapien zu vergleichen. Ziel der Partnerschaft ist es, den Technologietransfer bis zur pharmazeutischen Produktion voranzutreiben.

Antimikrobielle Resistenz (AMR) bedroht die globale Gesundheit und könnte bis 2050 jährlich bis zu 10 Millionen Todesfälle verursachen. Ein Mangel an neuen Antibiotika, besonders gegen von der WHO als kritisch eingestufte Gram-negative Erreger, verschärft diese Bedrohung. Naturstoffe aus Bakterien haben historisch bedeutende Fortschritte bei der Behandlung von Infektionskrankheiten und Krebs ermöglicht. Da über 99 % der Mikroorganismen im Labor nicht kultiviert werden können, wird die Entdeckung neuer Infektionsschutzmittel erschwert. Das Projekt zielt darauf ab, in Zusammenarbeit mit der Firma Evotec, das im Bereich der pharmazeutischen Werkstoffforschung tätig ist, neue Naturstoffe mit anti-Gram-negativen Aktivitäten zu identifizieren. Dabei werden Boden- und Mikrobiomproben von Patienten sowie moderne Sequenzierung und maschinelles Lernen genutzt. Das Proof-of-Concept-Experiment wird das Screening der Probensammlung auf vorrangige Pathogene wie Escherichia coli (primäres Screening), Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae und Acinetobacter baumannii (follow-up Screening) ermöglichen. Dieser Ansatz ist vielversprechend, um die kritische Lücke zwischen wirksamen Antibiotika und dem klinischen Bedarf zu schließen und so das Wirkstoffarsenal gegen die drohende AMR-Krise zu stärken.

Die Leistungselektronik steuert viele Aspekte des modernen Lebens: Sie regelt den Strom von Batterien zu Motoren in Elektroautos, schaltet den Strom in Mobiltelefonen ein und aus und wandelt Strom aus erneuerbaren Quellen in das synchronisierte Netz um. Die globale Mikrochip-Knappheit hat zu politischen und wirtschaftlichen Bestrebungen geführt, die Produktion der Chips innerhalb der EU zu stärken. Aktuelle Geräte basieren auf Silizium, dessen Materialeigenschaften die Leistung begrenzen. Für eine höhere Leistung und geringeren Stromverbrauch, wie vom europäischen Green Deal gefordert, ist Siliziumkarbid (SiC) unverzichtbar. DESY und der Halbleiterhersteller Nexperia haben sich im Rahmen des Projekts zusammengeschlossen, um die Produktion von SiC-Trench-MOSFETs (Siliziumkarbid Trench Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) in Deutschland auf einer 200 mm Pilotlinie zu starten. Unterstützung kommt von Unternehmen entlang der gesamten Produktionskette und akademischen Institutionen. Allerdings fehlt eine Kernkompetenz: Die Messtechnik ist ein Engpass bei der Entwicklung von SiC-Trench-MOSFETs - nanoskopische 3D-Architekturen und ein defektanfälliger Halbleiter mit breiter Bandlücke machen sie zu einer besonderen Herausforderung, die große Forschungsinfrastrukturen erfordert. Die Charakterisierung solcher Materialien und Strukturen steht im Mittelpunkt der DESY-Aktivitäten im Allgemeinen und der Gruppe des Projektleiters im Besonderen: Seine Expertise bei der Kartierung elektronischer Defekte und der Messung der Leistung im Nanobereich ist eine ideale Ergänzung zu den Erfordernissen einer effizienten Forschung und Entwicklung im Hinblick auf SiC-Trench-MOSFETs mit unvergleichlicher Leistung.Ein Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Weiterentwicklung der Röntgenmikroskopie zur 3D-Charakterisierung von Materialdefekten und In-situ-Tests zur Erhöhung der Lebensdauer und Sicherheit der Bauelemente. Im Rahmen des Projekts wird ein Kompetenzzentrum eingerichtet, um die Ergebnisse nachhaltig zu nutzen und der gesamten Halbleitergemeinschaft zugänglich zu machen.

Die Bewertung chemischer Gefahren ist für den sicheren Umgang mit Chemikalien unerlässlich, wie in der „Europäischen Chemikalienstrategie für Nachhaltigkeit“ dargelegt. Helmholtz-Forscher:innen haben zwei neue Gefahrenindikatoren vorgeschlagen, die über die traditionelle Bewertung von Persistenz, Bioakkumulation und Toxizität (PBT) hinausgehen. Diese beiden neuen Indikatoren, genannt kumulative Toxizitätsäquivalente (CTE) und persistente Toxizitätsäquivalente (PTE), sollen im Rahmen des CoModHaz-Projekts getestet werden. Das Projekt umfasst Fallstudien, die in Zusammenarbeit mit Behörden, NGOs und der Industrie entwickelt werden und sich auf schwer zu bewertende Chemikalien konzentrieren. Die UFZ-Forschungsplattform CITEPro wird für Hochdurchsatz-Bioassays genutzt. Das Projekt zielt darauf ab, die neuen Indikatoren in der Praxis zu validieren und Hindernisse für ihre Implementierung zu beseitigen. Dies soll letztlich zu sichereren und nachhaltigeren chemischen Bewertungen beitragen.

Ungeordnete Halbleiter können bei niedrigen Temperaturen aus einer Lösung verarbeitet werden, was ihre Mikrostruktur und damit ihre makroskopischen elektronischen Eigenschaften stark beeinflusst. Dies stellt eine große wissenschaftliche Herausforderung dar, da herkömmliche Techniken Millionen von Experimenten zur Optimierung erfordern. Eine intelligente, adaptive und autonome Plattform könnte mit nur einigen hundert bis tausend Experimenten ein Optimum finden und die Entwicklung dieses Bereichs revolutionieren. Das Unternehmen SCIPRIOS entwickelt Materialbeschleunigungsplattformen (MAPs), die Laborprozesse automatisieren und mit KI-Algorithmen koppeln. Ihre SpinBot-Plattform ermöglicht die präzise Abscheidung und Charakterisierung dünner Funktionsschichten. HI ERN/FZJ nutzen diese MAPs zur Entwicklung neuer Photovoltaik-Technologien (ePV) auf Basis von Perowskiten und organischen Halbleitern. Das Ziel des SolMAP-Projekts ist es, geeignete Prozesse zu entwickeln, um mit dem SpinBot eine integrierte Plattform zu schaffen, die alle wesentlichen Schritte von der Lösungsformulierung bis zur fertigen Solarzelle und deren Charakterisierung automatisiert durchführen kann, die für eine Inline-Optimierung erforderlich sind. Dies umfasst die Entwicklung einer automatisierten Plattform (SCIPRIOS) und die Prozessentwicklung für die Herstellung von Top-Elektroden von lösungsprozessierten Solarzellen (IEK-11/HI ERN).

Die COVID-19-Pandemie hat gezeigt, dass unsere Gesellschaft ohne angemessene technologische Maßnahmen nur schwer mit einem pandemischen Erreger umgehen kann. Soziale Distanzierungsmaßnahmen erschweren eine schnelle Entwicklung von Gegenmitteln. Unser CoViPa-Projekt („Virologische und immunologische Determinanten der COVID-19-Pathogenese – Lehren für die Vorbereitung auf zukünftige Pandemien“) hat bewiesen, dass mobile Laborroboter eine Lösung für dieses Problem sein können. Jedoch fehlt ein marktreifes Produkt, das schnell und großflächig eingesetzt werden kann. Das ALARO-Projekt nutzt Erkenntnisse aus CoViPa, um die United Robotics Group (URG) als Technologieträger zu qualifizieren und die Robotertechnologie für Laboraufgaben in Krankenhäusern zu evaluieren. Das Ziel ist, mobile Roboter zu entwickeln, die bekannte Objekte in unbekannten Umgebungen manipulieren können, wobei Hardware- und Softwareentwicklung zusammen betrachtet werden.

Im Vorhaben InnoEUV soll eine Partnerschaft zwischen dem Helmholtz-Institut Jena und der Active Fiber Systems GmbH unter Einbeziehung weiterer potentieller Endanwender vertieft und genutzt werden, um innovative Laser-artige Hochleistungs-Lichtquellen im extremen Ultraviolett (EUV) Bereich zu realisieren. Für die anvisierte Wellenlänge verspricht der gewählte Ansatz eine Leistungssteigerung um zwei Größenordnungen gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik und erschließt damit völlig neue Anwendungsmöglichkeiten in wissenschaftlichen und technischen Bereichen. Die Anwendungen umfassen unter anderem die Erforschung ultra-schneller Prozesse, Spektroskopie, Bildgebung und Metrologie, wie zum Beispiel die Inspektion und Vermessung von Masken für die EUV-Lithographie.

Die landwirtschaftliche Produktion muss in den kommenden Jahrzehnten ohne eine wesentliche Vergrößerung der verfügbaren Flächen und unter den negativen Auswirkungen des Klimawandels gesteigert werden. Gleichzeitig ist in Europa ein kontinuierlicher Verlust an Bodengesundheit zu beobachten. Vor diesem Hintergrund suchen die regenerative Landwirtschaft und die Agrarökologie nach Lösungen, die die Gesundheit der Böden verbessern, nährstoffreiche Lebensmittel erzeugen und gleichzeitig den wirtschaftlichen und sozialen Wohlstand der Landwirte steigern. Das Projekt zielt darauf ab, Strategien zu entwickeln, die die Einführung und Überwachung regenerativer landwirtschaftlicher Praktiken unterstützen und die langfristige Kohlenstoffspeicherung im Boden verbessern. Es umfasst die Entwicklung eines digitalen Zwillings zur Simulation der landwirtschaftlichen Produktion und Kohlenstoffbindung, die Identifizierung von Pflanzensorten mit hohen Kohlenstoffanteilen in den Wurzeln, die Bewertung dieser Sorten unter verschiedenen CO2-Konzentrationen und die Entwicklung eines Standards für die mikrobiologische Vielfalt im Boden.

Räumlich aufgelöste und Einzelzell-basierte Omics-Ansätze (biotechnologische Methoden, die darauf abzielen, die molekularen Profile einzelner Zellen zu analysieren) revolutionieren biomedizinische Forschung und klinische Anwendungen. Bisherige Methoden fokussieren meist auf eine einzelne Modalität – das heißt, sie erfassen nur eine bestimmte Art molekularer Daten –  obwohl das Verständnis biomedizinischer Systeme sowohl im gesunden als auch im erkrankten Zustand Informationen auf mehreren Ebenen erfordert. Am MDC wurden innovative Technologien wie Single-Cell-Proteomik und Deep Visual Proteomics etabliert, die mittels des timsTOF Ultra Massenspektrometers der Firma Bruker simultan mehrere Arten molekularer Daten einzelner Zellen erfassen können. Durch diesen Ansatz kann ein umfassendes Verständnis der biologischen Systeme gewonnen werden. Im Rahmen des Projektes werden das MDC und Bruker ihre Zusammenarbeit weiter vertiefen, um gemeinsam eine neuartige und breit anwendbare Plattform für simultane Multiomik-Profilierungen mittels Massenspektrometrie zu entwickeln.