Neue Ansätze in der medizinischen Forschung durch die Analyse des Zellstoffwechsels
Im Bereich hochintegrierter Gas- und Bioanalytik entwickelt die Professur für Sensorik miniaturisierte Systeme zur isotopenselektiven Echtzeitmessung stoffwechselbedingter Prozesse. Ein besonderer Fokus liegt dabei im Projekt IsoFlux auf der Analyse des Tumorstoffwechsels, da dessen präzises Verständnis eine zentrale Voraussetzung für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien darstellt. Durch die Nutzung 13C‑markierter Nährstoffe in Kombination mit der Detektion von 13CO2 als Abfallprodukt im Stoffwechselzyklus eröffnet sich die Möglichkeit den Kohlenstofffluss innerhalb der Zelle direkt nachzuverfolgen und die Zellatmung zu quantifizieren.
Vor diesem Hintergrund wird ein miniaturisiertes, hochintegriertes Analysegerät zur isotopenselektiven Messung auf Zellkulturebene entwickelt. Im Unterschied zu etablierten Verfahren erlaubt das System eine direkte, dynamische und in‑situ‑Erfassung der Zellatmung in Echtzeit. Damit ist es Forschenden erstmals möglich unmittelbare Rückschlüsse auf die Nährstoffnutzung und metabolische Aktivität von Tumorzellen zu ziehen.
Der technologische Kern liegt in der Verbindung photonischer Sensorkonzepte mit mikrosystemtechnischer Integration und datenbasierter Auswertung. Die Entwicklung baut auf einer langjährigen Erforschung photonischer Gassensoren an der Professur auf, insbesondere im Bereich hochauflösender, selektiver und miniaturisierbarer optischer Messverfahren. Durch die Integration dieser Technologien in kompakte Mikrosysteme, ergänzt um geeignete Signalverarbeitungs- und Kalibrierstrategien, entsteht ein automatisiertes und skalierbares Messsystem, das reproduzierbare Daten liefert. Die mikrosystemtechnische Fertigung gewährleistet dabei eine hohe Integrationsdichte, stabile Sensoreigenschaften und die Perspektive einer kosteneffizienten Serienproduktion.
Das Projekt IsoFlux wird von Juli 2025 bis Dezember 2026 im Rahmen des EXIST‑Forschungstransfers Phase I gefördert. Ziel ist es, die in der Professur entwickelte photonische Sensortechnologie in eine Ausgründung zu überführen und als marktfähiges Produkt für die biomedizinische und pharmazeutische Forschung verfügbar zu machen. Damit wird die über Jahre aufgebaute wissenschaftliche Expertise gezielt in Wirtschaft und Gesellschaft transferiert.
Mit dieser Entwicklung erweitert die Professur ihr Portfolio an mikrosystemtechnisch gefertigten, bioanalytischen Sensorsystemen um eine leistungsfähige Plattform zur quantitativen Untersuchung zellulärer Stoffwechselprozesse und leistet zugleich einen aktiven Beitrag zum Transfer wissenschaftlicher Innovation in die Anwendung.
Das Projekt IsoFlux wird im Rahmen des EXIST-Programms durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und den Europäischen Sozialfonds Plus (ESF Plus) gefördert.