ZEISS Colloquium

Prof. Bart De Strooper, belgischer Molekularbiologe und weltweit anerkannter Alzheimer-Forscher, hält beim virtuellen ZEISS Colloquium – Innovation Talk am 7. Februar 2023 als Gastreferent einen Vortrag zum Thema „The cellular phase of Alzheimer’s disease“ (Die zelluläre Phase der Alzheimer-Krankheit). Der Vortrag findet auf Englisch statt.

Die Alzheimer-Krankheit wird häufig mit Demenz gleichgesetzt. Demenz ist jedoch ein Symptom dieser Krankheit, das erst im Spätstadium auftritt. An Alzheimer Erkrankte zeigen trotz charakteristischer Veränderungen im Körper, sogenannter Amyloid-Plaques und Neurofibrillen, über Jahrzehnte hinweg keine eindeutigen klinischen Symptome. Das Gehirn kann mit diesen biochemischen Veränderungen also jahrzehntelang zurechtkommen. Die Resilienz gegenüber der Erkrankung beruht wahrscheinlich auf Astroglia und Mikroglia, die über einen langen Zeitraum die Homöostase im Gehirn erhalten. Diese Hypothese wird durch Erkenntnisse aus der Genetik gestützt: Mikroglia benötigen für ihre Entwicklung viele Gene, die mit dem Risiko assoziiert sind, an Alzheimer zu erkranken. De Strooper und sein Team möchten diese zelluläre Phase verstehen. „Hierzu nutzen wir die räumliche Transkriptomik-Technologie zur Abbildung der molekularen Veränderungen im Bereich der Amyloid-Plaques“, erklärt der Forscher. „Anhand unserer Modelle von Mensch-Maus-Chimären untersuchen wir außerdem, wie genetische Risikofaktoren neuronale Antworten und Mikroglia-Reaktionen auf Amyloid-Plaques beeinflussen.“

De Strooper ist seit Oktober 2016 wissenschaftlicher Direktor des UK Dementia Research Institute. Er ist Professor für Molekularmedizin an der KU Leuven sowie am VIB in Belgien und Professor für Demenzforschung am University College London, UK. Sein Forschungsschwerpunkt liegt auf den grundlegenden Mechanismen hinter Alzheimer- und Parkinson-Erkrankungen. Die bedeutendsten Erkenntnisse aus seiner Forschung betreffen die Rolle von ADAM10 und Presenilin/Gamma-Sekretase bei der Proteolyse des Amyloid-Vorläuferproteins und den Notch-Signalweg. Er beschäftigt sich mit microRNA, Mitochondrien und zuletzt mit der Rolle der verschiedenen Zelltypen des Gehirns bei der Entstehung der Alzheimer-Krankheit.

De Strooper erlangte 1985 den medizinischen Doktorgrad M. D. und 1991 den akademischen Grad Ph. D. an der KU Leuven. Anschließend arbeitete er als Postdoktorand im Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg in der Forschungsgruppe von Carlos Dotti. 2018 erhielt Bart De Strooper zusammen mit John Hardy, Christian Haas und Michel Goedert den Brain Prize für wegweisende Forschungsarbeiten zu den genetischen und molekularen Hintergründen der Alzheimer-Krankheit. Zu seinen weiteren Auszeichnungen zählen der Potamkin Award der American Academy of Neurology im Jahr 2002 (USA), der Alois Alzheimer Award der Deutschen Gesellschaft für Gerontopsychiatrie und -psychotherapie im Jahr 2003 (Deutschland), der Joseph-Maisin-Preis für biomedizinische Grundlagenwissenschaften im Jahr 2005 (Forschungsstiftung Flandern ‚FWO‘, Belgien), der MetLife Foundation Award für Medizinforschung im Jahr 2008 (USA) und der European Research Grand Prix im Jahr 2018 (Frankreich). 2022 zählte er zu den zehn internationalen Forschenden, die zum Mitglied der US National Academy of Medicine gewählt wurden.

Prof. Dr. Thomas Dekorsy, Direktor des Instituts für Technische Physik beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), ist am 7. November 2022 zu Gast beim virtuellen „ZEISS Colloquium – Innovation Talk“ und hält einen Vortrag zum Thema „Weltraumschrott – Kann die Photonik einen Beitrag zur Lösung des Problems leisten?“. 

Über 30.000 Objekte größer als zehn Zentimeter umkreisen die Erde im erdnahen Orbit mit einer Geschwindigkeit von acht Kilometern pro Sekunde. Darunter befinden sich ungefähr 5.000 aktive Satelliten, die für die Erdbeobachtung, Wetterdienste und Kommunikation von großem Wert sind. Die restlichen Objekte gelten als Schrottobjekte wie inaktiven Satelliten, Raketenoberstufen oder Trümmer, die aus Fragmentationen, Kollisionen und Antisatellitentests stammen. „Diese Objekte sind eine Gefahr für die Raumfahrt“, erklärt Dekorsy. „Insbesondere im Zusammenhang mit der stark zunehmenden Nutzung des erdnahen Orbits durch sogenannte Megakonstellationen, das sind Schwärme oder Flotten mehrerer tausend kleiner Satelliten im erdnahen Weltraum“.

In seinem Institut in Stuttgart beschäftigt er sich mit der Detektion, der genauen Bahnbestimmung sowie der Charakterisierung von Weltraumschrott. Das Institut eröffnete dieses Jahr das Johannes Kepler Observatorium in Empfingen. Das dort installierte Spiegelteleskop mit 1,75 Metern Spiegeldurchmesser ist das größte Teleskop seiner Art in Europa, um mit großer Genauigkeit orbitale Objekt passiv optisch und mit Lasermethoden zu charakterisieren. Darüber hinaus arbeitet das Institut an Konzepten, um die Bahn kleiner Schrottobjekte mittels Photonendruck beziehungsweise der sogenannten Laserbalation zu beeinflussen.

Dekorsy ist seit 2016 Direktor des Instituts für Technische Physik und Professor an der Fakultät für Luft- und Raumfahrt und Geodäsie der Universität Stuttgart. Er studierte Physik und promivierte an der RWTH Aachen auf dem Gebiet der Femtosekunden Technologie. Er war Abteilungsleiter am Helmholtz Forschungszentrum Dresden-Rossendorf und arbeitete dort mit dem Freie-Elektronen Laser. Anschließend war er Professor für Photonik an der Universität Konstanz. Er erhielt den Gustav-Hertz Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft und ist OPTICA Fellow.

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und des Instituts für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, Universität Stuttgart, ist am 10. Mai 2022 zu Gast beim virtuellen „ZEISS Colloquium – Innovation Talk“ und spricht über die aktuellen Trends und Potentiale der Biologischen Transformation.

Parallel zur Digitalen Transformation bahnt sich mit der Biologischen Transformation eine neue Revolution an”, so Bauernhansl. Dabei sei die Natur Vorbild und integrierter Bestandteil für die Optimierung der industriellen Prozesse. Die Biologische Transformation übertrage laut Bauernhansl das Wissen über die Natur in die Technik und integriert natürliche Organismen in Maschinen. “Natur und Technik interagieren und führen in ihrer Konvergenz zu einer Optimierung der Industrieprozesse. Resultat sind sogenannte Biointelligente Systeme und Technologien, zum Beispiel intelligente, dezentrale Produktionszellen, die biobasiert, personalisiert und dezentral Konsumgüter und Nahrungsmittel herstellen.

Die Entwicklung der Biointelligenz ermöglicht den Menschen eine ökologisch ausbalancierte Befriedigung ihrer Bedürfnisse,” so Bauernhansl weiter. Dazu gehöre eine personalisierte Gesundheitsversorgung, eine intelligente Verkehrs- und Produktionsorganisation und die dezentrale Herstellung von Konsumgütern und Nahrungsmitteln aus nachwachsenden Rohstoffen und Recyclingmaterialien.

Die wissenschaftlichen Schwerpunkte von Bauernhansl sind Digitale und Biologische Transformation, Produktionsorganisation, Fabrikplanung, Automatisierung und Robotik. Bauernhansl hat an der RWTH Aachen Maschinenbau studiert. Nach seiner Promotion mit Auszeichnung war er ab 2003 beim Mischkonzern Freudenberg beschäftigt. Seine Schwerpunkte lagen in den Bereichen Standortplanung, Fabrikplanung, Produktionsverlagerung, Technologiemanagement und Lean Production. Zuletzt verantwortete Bauernhansl die Regionen Europa, Nord- und Südamerika und optimierte den »Global Footprint« des damals über 50 Standorte umfassenden Produktionsnetzwerks.

Bauernhansl engagiert sich in mehreren Beiräten und Vorstandsgremien in Industrie, Verbänden, Forschung und Politik und ist Mitglied der WGP, der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik, sowie stellvertretender Vorsitzender des Lenkungskreises der Allianz Industrie 4.0 BW. Er ist Autor und Herausgeber mehrerer Bücher, unter anderem zur Wandlungsfähigkeit in der Produktion, zu Industrie 4.0 und dem Management in der Produktion.

Prof. Dr. Axel Brakhage, Direktor des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI) und Inhaber des Lehrstuhls für Mikrobiologie und Molekularbiologie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena, ist am 25. Januar 2022 zu Gast beim virtuellen „ZEISS Colloquium – Innovation Talk“ und gibt in seinem Vortrag „Mikrobiome – die unsichtbare Basis der Gesundheit von Mensch und Umwelt“ einen Einblick in seine Forschung.

Die große Herausforderung für die optische Diagnostik von Mikrobiomen bestehe laut Brakhage in der Detektion von Signalmolekülen in Echtzeit, die beispielsweise von extrazellulären Vesikeln transportiert werden. Die Vesikel gesunder Zellen unterscheiden sich von den pathologisch veränderten „kranken“ Zellen. „In meinem Vortrag werde ich insbesondere auf die Forschungen aus meinem Labor zu extrazellulären Vesikeln eingehen, die vermutlich von allen Zellen auf der Erde produziert werden und die sowohl für die Diagnostik als auch Therapie von zunehmendem Interesse sein werden“.

Brakhage ist Direktor des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI) und Inhaber des Lehrstuhls für Mikrobiologie und Molekularbiologie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Er ist Sprecher des einzigen Exzellenzclusters des Bundes und der Länder in Thüringen Balance of the Microverse, des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierten Konsortiums InfectControl sowie des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)-geförderten SFB/TR Human-pathogene Pilze und ihr menschlicher Wirt – Netzwerke der Interaktion (FungiNet); Brakhage ist außerdem Senator der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina und Vizepräsident der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

Dr. Peter Fritschel, Senior Research Scientist am Kavli Institute for Astrophysics and Space Research am Massachusetts Institute of Technology (MIT), ist am 6. Juli 2021 zu Gast beim virtuellen „ZEISS Colloquium – Innovation Talk“. In seinem Vortrag spricht er über „Gravitationswellendetektion: von Gigaparsecs zu Attometern“. Die Vortragssprache ist Englisch.

Am 14. September 2015 zeichneten die zwei Laser-Interferometer des Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatoriums (LIGO) erstmals direkt Gravitationswellen auf. Das Signal entstand durch die Kollision zweier bisher unbekannter schwarzer Löcher, etwa eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt. „Dieses Ereignis setzte unglaubliche 3 Sonnenmassen Energie in Form von Gravitationswellen frei, änderte die Längen der LIGO-Interferometer jedoch nur um wenige Attometer“, so Fritschel. Um diese äußerst geringe Dehnung zu messen, mussten die LIGO-Interferometer die empfindlichsten Verschiebungsmessungen der bisherigen Geschichte durchführen. Dieser Vortrag stellt die Wissenschaft hinter den Detektoren vor. „Ich untersuche auch die vielen anderen Gravitationswellendetektionen, die es seit 2015 gab, und was die Zukunft für dieses neue Gebiet der Gravitationswellenastronomie noch bereithält“, sagt Fritschel über seinen Forschungsbereich.

Dr. Peter Fritschel ist Senior Research Scientist am Kavli Institute for Astrophysics and Space Research am MIT. Er ist derzeit Chief Detector Scientist für das Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO). Er machte seinen B.S.-Abschluss in Physik am Swarthmore College und promovierte am MIT mit einer Dissertation zum Thema Entwicklung von Techniken zur Gravitationswellendetektion unter Verwendung der Interferometrie. Er ist Preisträger des Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics 2016, des Berkeley Prize in Astronomy 2018, des Charles Hard Townes Medal der Optical Society of America (OSA) 2018 und Fellow der American Physical Society und der Optical Society of America.

Privatdozent Dr. rer. nat. Max Happel, Hirnforscher am Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) in Magdeburg, ist am 8. März 2021 zu Gast beim virtuellen „ZEISS Colloquium – Innovation Talk“. In seinem Vortrag „Ein Leben lang Verbindungen schaffen – Die Zukunft des Lernens aus Sicht der Neurobiologie“ spricht er über neue Erkenntnisse zum Thema Lernen und Gedächtnis und verbindet diese mit den alltäglichen Herausforderungen in Schule und Beruf.

Anhand aktueller Forschungsergebnisse aus der Hirnforschung beleuchtet Happel im Vortrag, wie innere Faktoren – beispielsweise Motivation und Aufmerksamkeit – und äußere Umweltbedingungen – wie ausreichend Bewegung – zu einem „gesunden Lernumfeld“ beitragen. Er zeigt außerdem auf, was beim Zusammenspiel dieser Faktoren während des „Spurenbildens“ im lernenden Gehirn bei Jung und Alt schon verstanden wurde und wo sich die Wissenschaftler noch auf der Suche befinden.

Happel studierte Biologie und Neurowissenschaften in Frankfurt/Main und Magdeburg und promovierte zur Neurobiologie des Lernens. Nach Forschungsaufenthalten an der Universität Oxford leitet er heute am LIN Magdeburg die Arbeitsgruppe „CortXplorer“ und erforscht zusammen mit einem interdisziplinären Team aus Biologen, Psychologen, Molekularbiologen, Mathematikern und Informatikern das Thema Lernen und Gedächtnis.

Martin Hermatschweiler, Mitgründer und CEO von der Nanoscribe GmbH, spricht am Dienstag, 24. September 2019 beim „ZEISS Colloquium – Innovation Talk“ im ZEISS Forum in Oberkochen. In seinem Vortrag „Additive Fertigung vom Feinsten – 3D-Druck auf der Mikro- und Nanometerskala“ beleuchtet er den Paradigmenwechsel eines wissenschaftlichen Forschungswerkzeugs hin zu einem Produktionswerkzeug in der Mikrofabrikation.

Der 3D-Druck, auch bekannt unter dem Begriff additive Fertigung, bezeichnet alle Verfahren, bei denen Material Schicht für Schicht aufgetragen und so dreidimensionale Objekte erzeugt werden. Die additive Fertigung mittels der sogenannten Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) hat sich als der neue Standard für den Druck im Mikro- und Nanostrukturbereich etabliert.

Die hohe Auflösung, Design-Freiheit und der einfache Arbeitsablauf ermöglichen die zuverlässige Herstellung nahezu beliebiger 3D-Objekte mit minimalen Strukturgrößen bis hinunter zur Nanometerskala. Der Vortrag beleuchtet zunächst das Verfahren und die Materialien, die technischen Möglichkeiten sowie Anwendungen in der Industrie.

Martin Hermatschweiler studierte Physik in Ulm und Karlsruhe. Danach beschäftigte er sich dann in wissenschaftlichen Projekten mit der laserbasierten Strukturierung von Photopolymeren und Prozessen zur Abscheidung dünner Schichten basierend auf Halbleiterfertigungstechniken. Er ist Mitgründer und Geschäftsführer der Nanoscribe GmbH, die 2007 aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ausgegründet wurde und heute mehr als 70 Mitarbeiter beschäftigt. Nanoscribe ist ein Spezialist für 3D-Drucker sowie maskenlose Lithografiesysteme für die Mikrofabrikation und hält als Partner von ZEISS Niederlassungen am ZEISS Innovation Hub in Karlsruhe und bei ZEISS in Shanghai.

Prof. Dr. med. Michael Bauer, Direktor der Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin, Universitätsklinikum Jena, spricht am 26. März 2019 über das Thema „Mensch, Mikrobiom und Sepsis – Geheimnisse scheiternder Beziehungen“.

Eine Sepsis ist die häufigste Todesursache bei Infektionen. „Das wachsende Wissen über die Interaktionen zwischen Mensch, seinen Mikroorganismen und deren genetischer Information, dem Mikrobiom, revolutioniert derzeit unser Verständnis von Gesundheit und Infektion“, so Bauer, der in Jena das Integrierte Forschungs- und Behandlungszentrum Sepsis und Sepsisfolgen (CSCC) leitet.

Sepsis könne man als größten anzunehmenden Unfall der Wechselwirkung des Menschen mit Mikroben verstehen. In seinem Vortrag erläutert er den Paradigmenwechsel im Verständnis der Krankheit. Wurde Sepsis bisher als Überaktivierung des Immunsystems in Folge einer Infektion definiert, rücke in dem neuen Verständnis das vielschichtige Versagen der Abwehr- und Reparatursysteme als Auslöser der Einschränkung von Organfunktionen in den Vordergrund.

Prof. Dr. med. Katrin Amunts, Direktorin des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin am Forschungszentrum Jülich und Direktorin des C. und O. Vogt Instituts für Hirnforschung der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf, spricht am 20. September 2018 über eine der größten europäischen Wissenschaftskooperationen, das Human Brain Projekt (HBP). Innerhalb dieses Projekts arbeiten Neurowissenschaftler, Ärzte, Informatiker, Physiker, Mathematiker und Computerspezialisten aus 23 Ländern daran, das menschliche Gehirn zu simulieren und zu verstehen.

Die Neurowissenschaftlerin Amunts leitet im Human Brain Projekt das Sub-Projekt „Human Brain Organization“ und ist seit 2016 Wissenschaftliche Direktorin des HBP. Innerhalb des HBP und in ihrer Arbeitsgruppe am Forschungszentrum Jülich befasst sie sich mit der strukturellen und funktionellen Organisation des Gehirns. Sie beschäftigt sich beispielsweise mit den Fragen, wie das menschliche Gehirn funktioniert und warum manche Hirnareale für die Bewegung oder die Sprache zuständig sind. Ihr Ziel ist es, das komplette menschliche Gehirn innerhalb der nächsten zehn Jahre detailgetreu von der Genetik über die molekulare Ebene bis hin zur Interaktion ganzer Zellverbände auf einem Supercomputer der Zukunft zu simulieren.

Das virtuelle Modellgehirn wird es laut Amunts den Medizinern künftig erleichtern, die Struktur und Arbeitsweise des gesunden, aber auch erkrankten Gehirns zu verstehen sowie neue Medikamente zu entwickeln. Die menschliche Schaltzentrale kann aber auch als Vorbild für einen extrem leistungsstarken und energieeffizient arbeitenden Computer dienen: „Das Gehirn benötigt für bestimmte, hochkomplexe Informationsübertragungen und -verarbeitung weniger Energie als eine 60 Watt Glühbirne“, so Amunts.

Prof. Dr. med. Katrin Amunts ist neben der Leitung des Instituts in Jülich auch Professorin für Hirnforschung an der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf. Seit 2012 ist Amunts Mitglied des Deutschen Ethikrates und seit 2016 seine Vizepräsidentin. Sie ist Sprecherin des Programms “Decoding the Human Brain” in der Helmholtz-Gemeinschaft, Ko-Sprecherin der Graduiertenschule der Max Planck School of Cognition und Mitglied des Editorial Board der Fachzeitschrift „Brain Structure and Function“.

Neuere Entwicklungen in der Fluoreszenzmikroskopie, für die 2015 der Nobelpreis verliehen wurde, erlauben es, Zellen mit nahezu molekularer Auflösung zu untersuchen. Damit erhalten Forscher neuartige Erkenntnisse, wie die Natur zelluläre Funktionen auf molekularer Ebene steuert. Sauer skizziert in seinem Vortrag an verschiedenen Beispielen, wie hochauflösende Mikroskopie die Möglichkeiten der biomedizinischen Grundlagenforschung erweitert und dazu beitragen kann, die Diagnostik von Krebserkrankungen und personalisierte Immuntherapien zu verbessern.

Sauer studierte Chemie in Karlsruhe, Saarbrücken und Heidelberg und promovierte in physikalischer Chemie. 1998 erhielt er den BioFuture-Preis des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. 2003 wurde er Professor für Laserphysik an der Universität Bielefeld, 2009 nahm er einen Ruf auf den Lehrstuhl für Biotechnologie & Biophysik an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg an. Sauer ist einer der Pioniere der hochauflösenden Fluoreszenzbildgebung und seiner Anwendungen.

Die optische Mikroskopie ist das am meisten benutzte bildgebende Verfahren in den Material- und Lebenswissenschaften.

Während die räumliche Auflösung in den vergangenen Jahren spektakulär auf einige zehn Nanometer verbessert werden konnte, basiert die Methode nach wie vor auf den altbekannten Kontrastverfahren wie Absorption, Streuung, Phase oder Fluoreszenz. Kombiniert man allerdings die Fluoreszenzmikroskopie mit Quantensensoren, so lassen sich vollkommen neue Größen wie magnetische- oder elektrische Felder, Temperatur etc. mit bisher nicht erreichter räumlicher Auflösung sichtbar machen.

In seinem Vortrag wird Prof. Wrachtrup die physikalischen Grundlagen der Technik erläutern und einige Anwendungen diskutieren. So wird er etwa zeigen, wie sich mittels eines Quantensensors ein Fluoreszenzmikroskop verhältnismäßig einfach in ein Nuclear Magnetic Resonance-Gerät verwandeln lässt.

Prof. Dr. Jörg Wrachtrup ist seit 2000 Physik-Professor und Direktor des 3. Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart. Im Jahr 2010 war er Max-Planck-Fellow am Max-Planck-Institut für Festkörperphysik (Stuttgart). 2008/09 hatte er den Excellence Chair an der Ecole Normal Supérieur in Paris (Cachan) inne. Wrachtrup studierte Physik an der Freien Universität Berlin und habilitierte sich 1998 an der Technischen Universität Chemnitz.

2016 erhielt er zusammen mit Fedor Jelezko den Carl Zeiss Research Award. Im Jahr 2012 bekam er den Gottfried Wilhelm Leibniz Preis, der wichtigste Forschungspreis in Deutschland, und 2014 den Max-Planck-Forschungspreis.