Frisch gewagt: 1,7 Millionen Euro für 18 x "Experiment!" bewilligt

14. Dez 16

Ungebrochen großes Interesse für die Förderinitiative "Experiment!": VolkswagenStiftung unterstützt 18 grundlegend neue Forschungsvorhaben mit ungewissem Ausgang aus den Natur-, Ingenieur- und Lebenswissenschaften.

Jeanette Hussong möchte die erste künstliche Luftröhre der Welt entwickeln. (Foto: RUB, Marquard)

Jeanette Hussong möchte die erste künstliche Luftröhre der Welt entwickeln. (Foto: RUB, Marquard)

Insgesamt 544 Projektskizzen gingen in der vierten Ausschreibungsrunde der Förderinitiative "Experiment!" bei der VolkswagenStiftung ein. Daraus wählten die Gutachter(innen) in einem anonymisierten Verfahren 18 besonders ungewöhnliche Vorhaben aus. Beispielsweise untersucht ein junger Wissenschaftler, ob es möglich ist, Daten – etwa eine Fremdsprache – direkt ins Gehirn hochzuladen. Andere Projekte arbeiten an künstlichen Luftröhren, konstruieren synthetische neuronale Netzwerke, erforschen neuartige Ansätze, um HIV-Infektionen zu bekämpfen, oder entwickeln intelligente Materialien, die z. B. beim Aufprall eines Autos auf einen Fußgänger weich werden und so die Verletzungsgefahr senken sollen. Bis zu 18 Monate haben die Forscherinnen und Forscher jetzt Zeit, ihre Ideen auf Tragfähigkeit zu prüfen, die VolkswagenStiftung stellt pro "Experiment!" bis zu 100.000 Euro zur Verfügung. Unerwartete oder negative Befunde – oder gar ein Scheitern des Konzeptes – sind als Projektausgang übrigens ausdrücklich akzeptiert.

Im Folgenden stellen wir einige der ausgewählten Projekte kurz vor:

Die erste künstliche Luftröhre der Welt (Prof. Dr.-Ing. Jeanette Hussong, Universität Bochum)

Die menschliche Luftröhre hat einen ausgeklügelten Selbstreinigungsmechanismus: Sie ist mit einem dünnen, zweischichtigen Flüssigkeitsfilm ausgekleidet, der z. B. Staubpartikel oder Bakterien aus der Lunge heraustransportiert. Ist dieses System gestört, kann das Krankheiten zur Folge haben, die mit einem frühzeitigen Tod einhergehen, wie die zystische Fibrose. Bei der zystischen Fibrose weisen die für den Flüssigkeitsfilm zuständigen Zellen eine Fehlfunktion auf. Das Team um Jeanette Hussong möchte eine künstliche Luftröhre entwickeln, für die es im Rahmen des "Experiment!"-Projekts vor allem den gleichmäßigen Flüssigkeitsfilm erfolgreich nachbilden möchten. Weitere Informationen finden Sie unter http://news.rub.de/presseinformationen/wissenschaft/2016-11-29-forschungsfoerderung-ingenieure-wollen-kuenstliche-luftroehre-entwickeln.

Auf der Suche nach Ultraphosphaten in Lebewesen (Prof. Dr. Henning Jessen, Universität Freiburg, und Prof. Dr. Andreas Mayer, Université de Lausanne, Schweiz)

(Abbildung: Hennig Jessen)

(Abbildung: Hennig Jessen)

Phosphate in ihren unterschiedlichen Formen sind grundlegend für alle Lebensvorgänge. Die spezifische Gruppe der verzweigten Ultraphosphate wurde allerdings noch nie in Lebewesen nachgewiesen. Da diese Verbindungen instabil sind und rasch zerfallen, wurden sie bislang möglicherweise übersehen, vermuten die Chemiker Henning Jessen und Andreas Mayer. "Würde der Nachweis von Ultraphosphaten in Lebewesen gelingen, hätte dies zur Folge, dass sich das wissenschaftliche Verständnis von Stoffwechselprozessen grundlegend verändern müsste", sagt Jessen. Mithilfe verschiedener Modellorganismen wie Hefe, Algen und Trypansomen (einzellige Flagellaten) wollen die Wissenschaftler nun eine Analytik entwickeln, um gezielt Ultraphosphate in Lebewesen nachzuweisen. Weitere Informationen unter https://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2016/pm.2016-11-30.163.

Smarte Strukturmaterialien für mehr Sicherheit (Dr. Christoph Kirchlechner, Max-Planck-Institut für Eisenforschung, Düsseldorf)

Dr. Christoph Kirchlechner entwickelt intelligente Materialsysteme am Max-Planck-Institut für Eisenforschung. (Foto: Max-Planck-Institut für Eisenforschung)

Dr. Christoph Kirchlechner entwickelt intelligente Materialsysteme am Max-Planck-Institut für Eisenforschung. (Foto: Max-Planck-Institut für Eisenforschung)

Man stelle sich folgendes Szenario vor: Ein Fahrzeug stößt frontal gegen einen Passanten. Dabei verändert sich die Frontpartie des Fahrzeugs in einem Sekundenbruchteil und wird so weich, dass sowohl dem Passanten als auch den Fahrzeuginsassen kaum etwas passiert. Kracht das gleiche Fahrzeug jedoch gegen einen Baum, so erhöht die Karosserie ihre Festigkeit und die Insassen sind noch besser geschützt als bisher. Dieses Szenario soll durch die aktuelle Forschung von Christoph Kirchlechner in naher Zukunft Realität werden. Die Idee: Kleinste, schaltbare Partikel werden in das Material, beispielsweise in Aluminiumlegierungen, Stahl oder Hartstoffschichten, eingebaut. Sie lassen sich durch magnetische oder elektrische Felder verformen und können somit die Eigenschaften des Gesamtmaterials entscheidend verändern. Kirchlechner möchte so die Festigkeit um das Zweifache vom Ausgangsmaterial erhöhen beziehungsweise das Material um bis zu 50 % weicher als in seinem Ausgangszustand machen. Weitere Informationen unter http://www.mpie.de/3535156/experiment-kirchlechner.

Wissen einfach ins Gehirn hochladen (Hamed Bahmani, Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Tübingen)

Wie wäre es, wenn Sie eine neue Sprache einfach in wenigen Sekunden in Ihr Gehirn "hochladen" oder jemandem mit einem Klick beibringen könnten, Tennis zu spielen? Umfangreiche Untersuchungen befassen sich damit, wie man neuronale Informationen entschlüsseln kann. Dagegen ist kaum erforscht, wie Wissen ins Gehirn transferiert oder neuronale Netzwerke programmiert werden können. Hamed Bahmani wird in seinem Projekt versuchen, über extrazelluläre Ableitungen mit Mehrfachelektroden und über neuronale Mikrostimulation in Echtzeit eine Landkarte direkt in das Gehirn einer Ratte einzuspeisen. Zudem möchte er erlerntes Wissen über ein bestimmtes Verhalten von einem Tier zum anderen transferieren. Mehr über dieses Projekt unter https://www.tuebingen.mpg.de/neuigkeiten/pressemitteilungen/detail/wissen-einfach-ins-gehirn-hochladen/.

Auf dem Weg zur synthetischen Neurobiologie (Prof. Dr. Fred Wolf, Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen)

Die biologischen Bauelemente synthetischer neuronaler Schaltkreise: Nervenzellen (rot) verbunden und vernetzt in einem dichten Geflecht von Gliazellen (grün). Mit Farbstoffen markiert werden die beiden Zelltypen im Mikroskop sichtbar. (Foto: Manuel Schottdorf, MPIDS)

Die biologischen Bauelemente synthetischer neuronaler Schaltkreise: Nervenzellen (rot) verbunden und vernetzt in einem dichten Geflecht von Gliazellen (grün). Mit Farbstoffen markiert werden die beiden Zelltypen im Mikroskop sichtbar. (Foto: Manuel Schottdorf, MPIDS)

Wie neuronale Schaltkreise im Gehirn Information verarbeiten, wird durch die Verschaltung von Nervenzellen in weitverzweigte Netzwerke, das sogenannte Konnektom, bestimmt. Ein Forscherteam um den Biophysiker Fred Wolf versucht nun erstmals, synthetische neuronale Schaltkreise zu konstruieren, die sich von einem Moment zum nächsten umbauen lassen. "Mit unserem Forschungsansatz wollen wir neuronale Netzwerke im Gehirn besser verstehen, indem wir Netzwerke aus simulierten und lebendigen Nervenzellen in der Petrischale zusammenfügen", erklärt Wolf. "Wir hoffen für die Zukunft, dass ein systematisches Verständnis dieser Netzwerke die Grundlage für neuartige intelligente Prothetik und Heilmethoden für Erkrankungen des Gehirns liefern kann." Weitere Informationen zu diesem Projekt finden Sie unter http://www.ds.mpg.de/3049607/161130_PM_SynthNeuro.

Neuer Ansatz für die direkte Magnetresonanztomographie (Prof. Dr. Matthias Günther, Universität Bremen)

Ein hochauflösendes Bild des zu untersuchenden Körpergewebes statt in Sekunden in wenigen Millisekunden zu liefern und damit die Magnetresonanztomographie zu revolutionieren ist das Ziel der Wissenschaftler um den Bremer Physiker Matthias Günther. Dafür möchten die Forscher das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich erhöhen und gleichzeitig die Erfassungszeit radikal reduzieren. Mit einer Linse aus sogenanntem Metamaterial soll die zeitraubende räumliche Kodierung durch viele kleine Spulen ersetzt und damit das Signal in wenigen Millisekunden aufgenommen werden. Dies würde neue Einsatzmöglichkeiten der Magnetresonanztomographie eröffnen und die großen, sperrigen Magneten vielleicht sogar überflüssig machen. Weitere Informationen unter http://www.uni-bremen.de/universitaet/presseservice/pressemitteilungen/einzelanzeige/news/detail/News/wissenschaftler-der-universitaet-bremen-will-magnetresonanztomographie-revolutionieren.html?cHash=70df95c38abf2ee3bce1bf2a95712993.

Schlafende HI-Viren wecken (Prof. Dr. Frank Kirchhoff und Prof. Dr. Holger Barth, Universitätsklinikum Ulm)

Das Schaubild demonstriert die Aktivierung von latentem HIV. (Quelle: Kirchhoff/Barth - Uni Ulm)

Das Schaubild demonstriert die Aktivierung von latentem HIV. (Quelle: Kirchhoff/Barth - Uni Ulm)

Das HI-Virus, das die Immunkrankheit AIDS auslöst, macht es der medizinischen Forschung nicht leicht. Zwar kann man die Virusvermehrung mit antiviralen Medikamenten wirksam verhindern, für eine Heilung müssen jedoch auch die latenten HIV-Reservoire in den Zellen aufgespürt und eliminiert werden. Frank Kirchhoff und Holger Barth wollen diese "schlafenden" HI-Viren gezielt aktivieren und sie dadurch empfänglich für die Immunantwort und antivirale Wirkstoffe machen: Durch einen speziellen Aktivator, das virale Transaktivator-Protein Tat, wollen sie das Virus dazu bringen, sich auch in den latenten HIV-Reservoiren zu vermehren. Gleichzeitig sollen mittels antiviraler Wirkstoffe neue Infektionen verhindert und durch immunologische Ansätze die Viruspartikel und infizierte Zellen zerstört werden. Weitere Informationen unter http://www.uni-ulm.de/forschung/forschung-aktuell-details/article/schlafende-aids-viren-weckenvolkswagenstiftung-foerdert-projekt-zur-aktivierung-versteckter-erreg/.

Innovativer Ansatz zur Erforschung des Lymphsystems (Dr. Xaver Sewald und Dr. Christian Schölz, Ludwig-Maximilians-Universität München)

Xaver Sewald und Christian Schölz gehen der Frage nach, ob die räumliche Anordnung der Lymphknoten es dem Lymphsystem ermöglicht, wie ein vielschichtiges, hierarchisch organisiertes Informationsnetzwerk zu arbeiten. Dafür untersuchen die Virologen, wie die einzelnen Lymphknoten, an denen die Lymphbahnen zusammenlaufen, Informationen verarbeiten und weitergeben. Die Ergebnisse der Wissenschaftler könnten sowohl von Bedeutung für die Immunologie als auch die Krebsforschung sein. Weitere Informationen finden Sie unter http://www.uni-muenchen.de/forschung/news/2016/schoelz_seewald_lymphsystem.html.

Forschung im Attosekundenbereich: Subzyklen-aufgelöste nichtlineare Spektroskopie (Prof. Dr. Adrian Pfeiffer, Friedrich-Schiller-Universität Jena)

Prof. Dr. Adrian Pfeiffer untersucht im Laserlabor Lichtpulse bis auf Attosekundengenauigkeit. (Foto: Uni Jena)

Prof. Dr. Adrian Pfeiffer untersucht im Laserlabor Lichtpulse bis auf Attosekundengenauigkeit. (Foto: Uni Jena)

Wie schnell reagieren Elektronen in unterschiedlichen Materialien, z. B. in dünnen Gläsern oder Kristallen, auf intensives Licht? Um das herauszufinden, nutzt Adrian Pfeiffer einen Laserpuls, der durch ein Interferometer zweigeteilt und rekombiniert wird. Die beiden Pulse treffen auf eine Probe des zu untersuchenden Materials, was dort zwei zusätzliche, schwächere Pulse erzeugt. Von zentralem Interesse ist nun, wie viel Zeit zwischen den beiden ursprünglichen starken und den beiden neuen schwächeren Pulsen liegt, wenn alle vier beim Detektor, einer Kamera, eintreffen. Die besondere Schwierigkeit liegt in der Ungenauigkeit der Messung: Die Oberflächen der Präzisions-Optiken zwischen Probe und Detektor sind nicht zu 100 Prozent glatt und verschieben daher die Laufzeiten der Pulse. Um die Zeitabläufe dennoch mit Attosekundengenauigkeit bestimmen zu können, werden die Versuche daher mehrfach und mit Motorisierung aller Optiken durchgeführt. Weitere Informationen finden Sie unter http://www.uni-jena.de/Forschungsmeldungen/FM161208_Pfeiffer.htm.

Hintergrund: Die Förderinitiative "Experiment!"

Die Förderinitiative "Experiment!" wurde im November 2012 eingerichtet. Die Initiative erfreut sich mit je ca. 500 Anträgen für die pro Stichtag ausgelobten 15 Bewilligungen einer außerordentlich hohen Resonanz. Bewilligt wurden insgesamt 67 Vorhaben: 13 aus 704 (2013), 19 aus 630 (2014), 17 aus 425 (2015) und 18 aus 544 Anträgen (2016). Weitere Informationen unter "Experiment!". Alle bislang bewilligten Projekte finden Sie unter "Experiment!" in der Projekt-Personen-Suche.