Forschung

Xylemparenchymzellen (XPCs) sind in der Regel das am wenigsten widerstandsfähige Stammgewebe und bestimmen daher die Frosthärte von Bäumen und ihre nördliche Verbreitungsgrenze. Auf der Grundlage der Differentialthermoanalyse (DTA) wurden zwei Mechanismen für das Frostüberleben von XPCs beschrieben: Weniger frostharte XPCs werden durch tödliches intrazelluläres Gefrieren, die so genannte tiefe Unterkühlung, abgetötet, die zwischen -24 und -50 °C auftritt. Man nimmt an, dass die meisten frostharten XPCs (-196°C) durch Gefriertrocknung überleben und wurden als frosttolerant bezeichnet. Jüngste Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass auch eine überlagerte Gefriertrocknung an der tiefen Unterkühlung beteiligt sein könnte. Die zugrundeliegenden Mechanismen der Frosthärte von XPCs sind noch weitgehend unbekannt. Daher wollen wir ein neues, hochauflösendes Differential Scanning Calorimeter (DSC) einsetzen, um das Ausmaß und die temperaturabhängige Dynamik der Unterkühlung und Gefriertrocknung von XPCs zu quantifizieren. Darüber hinaus werden spezifische Gefrierreaktionen untersucht, die auf intraspezifische Unterschiede in der Anatomie des Xylems, der XPC-Architektur und der Funktion zurückzuführen sind. Quantitative Zellparameter von XPCs und den gefäßassoziierten Zellen werden alle mit dem spezifischen Gefrierverhalten in Verbindung gebracht, das mit DSC gemessen wird. In diesem Zusammenhang werden spezifische molekulare Komponenten innerhalb der XPCs (eishemmende Substanzen) und der Zellwände, die deren Porosität und Steifigkeit beeinflussen mit Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie, als auch wie Raman-Mikrospektroskopie und der Rasterkraftmikroskopie analysiert. Die Mechanismen der Frostbeständigkeit von XPC sind unzureichend erforscht und insbesondere für die meisten europäischen Baumarten noch unbekannt. In diesem Zusammenhang ist der Aspekt der Unterschiede in den XPC-Konstruktionstypen und der Xylemanatomie bisher nicht besonders untersucht worden. Die mechanistische Beteiligung molekularer Komponenten an der Frostbeständigkeit von XPC ist, abgesehen von einigen neueren Studien, ein wenig erforschtes Thema. Angesichts des Klimawandels rücken die Austriebstermine rasch näher, was die Wahrscheinlichkeit verheerender Frostereignisse insgesamt erhöht. Daher werden die Ergebnisse zu einer dringend benötigten Verbesserung unserer Vorhersagen über die Reaktion von Bäumen auf den Klimawandel führen, was nicht nur für die Forstwirtschaft, sondern auch für den Obst- und Zierpflanzenanbau von wirtschaftlicher Bedeutung ist.

Mit 2 Millionen krebsbedingten Todesfällen und jährlichen Kosten von 100 Milliarden Euro stellt Krebs eine große Herausforderung für Europa dar. Die Krebsbehandlung hat sich in den letzten Jahrzehnten erheblich verbessert, doch die Erfolgsquote neuer Krebsmedikamente in klinischen Versuchen ist jedoch nach wie vor enttäuschend niedrig, was die Möglichkeiten für eine schnelle und präzise Entwicklung innovativer gezielter Krebstherapien einschränkt. Unsere Vision ist es, eine kühne und innovative Technologie bereitzustellen, die die aktive Rolle der menschlichen Tumormikroumgebung rekapituliert, die eine entscheidende Rolle bei der Mikroumgebung des menschlichen Tumors rekapituliert, die bei der Entstehung, Ausbreitung und dem Fortschreiten des Tumors eine entscheidende Rolle spielt, und zwar durch das dynamische Überschneidungen zwischen den Tumorzellen und der extrazellulären Matrix. CARES vereint führende akademische und nichtakademische Experten aus den Bereichen auf den Gebieten Matrixbiologie, Biomaterialien, Mikrofluidik und Krebsforschung, um ein genaues Instrument zur Bewertung der Reaktion von Krebszellen auf eine Vielzahl von Krebsmedikamenten. Als Proof-of-Concept werden wir Brustkrebszellen als Modellsystem verwenden, mit der Perspektive, das System auf andere Krebsarten auszuweiten. das System auf andere Krebsarten auszuweiten. Unser endgültiges Ziel ist es, eine neuartige und benutzerfreundliche Plattform zu entwickeln, die durch die Ähnlichkeit mit der menschlichen Tumormikroumgebung in frühen und fortgeschrittenen Krebsstadien nachempfunden ist und mit bisher unerreichter Genauigkeit die Reaktion von Tumorzellen auf Reaktion von Tumorzellen auf Krebstherapien in vivo vorhersagen kann. Dies wird die Entwicklung und Erprobung neuer Medikamente erleichtern und die Lücke zwischen zwischen der translationalen Krebsforschung und der gezielten Krebstherapie verringern, was erhebliche Auswirkungen auf Gesellschaft und Wirtschaft haben wird. Das ehrgeizige wissenschaftliche Ziel wird den Hintergrund für eine intensive sektorübergreifende und interdisziplinäre Ausbildung junger Wissenschaftler bilden, denen ein ein exzellentes Portfolio für die translationale Forschung, das es ihnen ermöglicht, sowohl im akademischen Bereich als auch in der Industrie erfolgreich zu sein.

Im Jahr 2025 werden rund 11 Milliarden Tonnen Kunststoffabfälle die Umwelt verschmutzen. Daher ist eine Kreislaufwirtschaft mit Biotransformation und biologischem Abbau von Kunststoffen auf Erdölbasis ebenso wichtig wie die Einführung biobasierter und biologisch abbaubarer Materialien. Die Umwandlung von lignozellulosehaltiger Abfallbiomasse in kommerziell wertvolle "grüne" Materialien ist ein neuer und vielversprechender Weg, um Abfälle zu minimieren, Kunststoffe zu ersetzen, unseren CO2-Fußabdruck zu verringern und eine grüne Wirtschaft zu fördern. Als Abfallressource schlagen wir Walnuss- und Pistazienschalen vor, in denen wir eine homogene Gewebestruktur entdeckt haben, die auf nur einem Zelltyp basiert: den 3-D-Puzzlezellen. Diese ineinander verschachtelten polylobaten Zellen haben eine enorme Oberfläche und ein Kanalnetz, das die Zellen miteinander verbindet. Die Homogenität, die große Oberfläche und die Kanäle machen diese Zellen für die Umwandlung in biologisch abbaubaren Biokunststoff interessant. Im Rahmen dieses POC werden wir NUTplastics direkt aus Walnussschalenzellen herstellen, die in einem tiefen eutektischen Lösungsmittel gelöst sind. Durch Zugabe von Wasser wird das Lignin regeneriert, und das Lösungsmittel kann recycelt werden. Das Ergebnis dieses geschlossenen Prozesskreislaufs ist eine Nussaufschlämmung als Basis für Biokunststoff. Um den Verbundstoff für verschiedene Anwendungen anzupassen und zu funktionalisieren, schlagen wir bakterielle Cellulosepellikel vor, die bei der Kombucha-Fermentation anfallen. Die reinen Cellulosefibrillen mit hoher Zugfestigkeit sind ein spannendes Gegenstück zu den druckoptimierten Puzzlezellen mit hohem Ligningehalt. Durch die Zugabe verschiedener Anteile von Kombucha-Zellulose werden wir die Materialeigenschaften für verschiedene Anwendungen abstimmen. Unser Ziel ist es, Kombucha-Zellulosefibrillen und Puzzle-Zellen für Textil- und Verpackungsmaterialien zu kombinieren. Durch unseren ERC Consolidator Grant haben wir tiefgreifende Kenntnisse über die Chemie und die Struktur dieser Puzzle-Zellhüllen erlangt und wollen ihre Leistungsfähigkeit in nachhaltigen Materialien nachweisen.