Mein persönliches Interesse liegt darin, mich interdisziplinär weiterzuentwickeln und meine Fähigkeiten als Maschinenbauingenieurin in vielfältigen Bereichen anzuwenden. Es fasziniert mich, technische Expertise mit anderen Disziplinen zu verknüpfen und innovative Lösungen zu schaffen, die über mein ursprüngliches Fachgebiet hinausgehen.
Die kooperative Promotion an der Hochschule Trier ermöglicht interdisziplinäres Arbeiten, was mich besonders begeistert.
Mein Ziel ist es, durch 3D-Sensorsysteme zur erfassen der elektrophysiologischer Signale von Darmorganoiden die Patientenversorgung zu verbessern und zum Wohl der Gesellschaft beizutragen.
Mit einem neu entwickelten 3D-Sensorsystem entstehen hochkomplexe biologisch-technologische Schnittstellen, die es erlauben, die elektrophysiologischen Signale von komplexen kugelähnlichen Organoiden zu verfolgen und zu analysieren.
Im Rahmen des interdisziplinären Forschungsprojektes Komplexe dreidimensionale biomimetische Sensor- und Organoid-Netzwerke zur Erhebung funktioneller Daten der Darmbarriere (OriDarmi), gefördert durch die Carl-Zeiss-Stiftung, werden Methoden zur Untersuchung der physiologischen Vorgänge in darmwandähnlichen Zellverbänden entwickelt, um den Einfluss von Medikamenten, Nahrungsbestandteilen, Mikroorganismen oder krankheitsauslösenden Substanzen auf den Darm besser zu verstehen.
Die intestinale Mikrobiota sowie die verschiedenen Zelltypen innerhalb des Darmtrakts, einschließlich Muskel-, Immun-, Nerven- und Gliazellen, erfahren eine komplexe Wechselwirkung durch Mikroorganismen, Nahrungsmittelkomponenten, medikamentöse Substanzen und Toxine. Diese Interaktionen können eine Vielzahl von Erkrankungen verursachen, die nicht nur den Darm selbst betreffen, wie beispielsweise bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen wie Morbus Crohn, sondern auch den gesamten Organismus beeinflussen können, einschließlich neurodegenerativer Erkrankungen. Die umfassende Analyse dieser Einflussfaktoren auf die intestinale Barrierefunktion ist jedoch am lebenden Subjekt stark begrenzt.
Die Promotion zielt daher darauf ab, Methoden zur Untersuchung der physiologischen Prozesse in dreidimensionalen Zellverbänden zu entwickeln, die als in-vitro-Modelle der Darmwand dienen. Hierzu werden neuartige Mikroelektrodensensorsysteme entwickelt, die in der Lage sind, sich um den Zellverband zu legen oder von den Zellen umschlossen zu werden und so eine direkte Interaktion mit den Zellen zu ermöglichen. Die Integration von Mikrokapillaren in diese Elektrodensysteme ermöglicht die gezielte Applikation von Testsubstanzen auf die künstliche Darmschleimhaut und die Überwachung der Qualität der Darmbarriere. Zur optimalen Auslegung des Elektrodennetzwerks werden Prüfstände entwickelt, die die mechanischen Eigenschaften der Darmorganoide ohne Beeinflussung der Physiologie während des Handlings präzise bestimmen können, beispielsweise deren maximale Belastbarkeit. Die Untersuchung der biomechanischen Interaktion zwischen Gewebe und Elektrode sowie die Ursachen elektromechanisch-induzierter Artefakte werden erforscht, um die Qualität der abgeleiteten Signale von Darmorganoiden mit Peristaltik zu maximieren. Des Weiteren werden Testplätze zur Elektrodencharakterisierung bezüglich Impedanzspektroskopie, Galvanik, elektrischer Feldverteilung und deren Mikrofonie entwickelt. Die Analyse des Konstruktionswerkstoffs Polyimid (PI 2610, PI 2611) beruht auf den Schwerpunkten der Biokompatibilität und der mechanischen Eigenschaften, um die Zuverlässigkeit und Funktionalität der Netzwerke in biologischen Prozessen zu gewährleisten. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden die Modelle, Elektrodennetzwerke und intestinalen Organoide mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) evaluiert, um deren elektrisches, mechanisches und biologisches Zusammenspiel zu optimieren. Nach seiner Entwicklung wird das Elektrodennetzwerk in einer in-vitro-Testumgebung eingesetzt, und es werden damit dreidimensionale elektrophysiologische Signale erfasst. Diese Erkenntnisse können zur Entwicklung neuer diagnostischer und therapeutischer Strategien beitragen.
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