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Forschen an der THD

Innovativ & Lebendig

Institut für Medical Science & Engineering (imsE)

IMSE ist eine integrative Gemeinschaft, die neue Forschungsparadigmen und Lehrpläne entwickelt, die Technik, Wissenschaft und Medizin zusammenbringen, um die personalisierte Präzisionsmedizin voranzutreiben und Menschen auszubilden, die diese historisch getrennten Bereiche nahtlos miteinander verbinden.

Forschungs-
schwerpunkte.

Projekte.

Aktuelle studentische Arbeiten.

Team.

Forschungsschwerpunkte

Präzise OP-Planung durch personalisierte Simulation

Wie lässt sich eine Tumoroperation optimal vorbereiten? Unser Ansatz kombiniert modernste Bildgebung, Gewebekultivierung und Simulation, um individuelle Therapieentscheidungen zu unterstützen.

Bei einem Patienten wird ein Tumor mittels Computertomographie (CT), Ultraschall (US) und Magnetresonanztomographie (MRT) diagnostiziert. Eine Biopsie liefert Tumorgewebe, das auf der Chorioallantoismembran (CAM) kultiviert wird. Während des Wachstums werden regelmäßig CT-, US- und Elastographie-Untersuchungen durchgeführt, um Gewebesteifigkeit, Volumenveränderungen und das Therapieansprechen zu analysieren.

Parallel dazu simulieren wir das Verhalten des Tumors während der Strahlen- und Chemotherapie. Unsere Modelle zeigen, wie gut die Behandlung anschlägt, wie schnell der Tumor wächst und ob gefäß- oder nervenschonende Operationsverfahren möglich sind. Diese präzisen Vorhersagen helfen dabei, chirurgische Eingriffe gezielter zu planen und die bestmögliche Behandlung für den Patienten zu gewährleisten.

projekte

Wir bringen die angewandte Forschung zu den Unternehmen. Von der Idee bis hin zur industriellen Anwendung.
Sie wollen zusammen mit uns im Rahmen eines öffentlich geförderten Projektes Ihre Ideen zur Anwendung bringen? Dann freuen wir uns auf Ihre Anfrage.

Ihre Vorteile:

Fördergelder für Forschungsvorhaben sichern (KMU bis zu 80 %)
Geringer Verwaltungsaufwand für Sie. Wir übernehmen die Koordination der Antragsaktivitäten und organisieren laufende Projekte
Wirtschaftlichkeit maximieren - optimierte Herstellungsprozesse, verbesserte Materialauswahl
Gemeinsame Forschungsarbeiten praxisrelevant und wissenschaftlich fundiert durchführen
Themenoffene Forschung im Bereich der Materialwissenschaft und Prozessanalyse
In gemeinsamen Projekten werden Prototypen bis zur Marktreife entwickelt und das Potential für Unternehmensgründungen ausgelotet.

Wir bieten ein breites Angebot zur Lösung materialwissenschaftlicher Fragestellungen.
Dabei berücksichtigen wir individuelle Anforderungen und setzen auf maßgeschneiderte Ansätze, die durch modernste Prüftechnologien, Simulationen und KI unterstützt werden.

Laufende Projekte

SensoTwin - Sensorintegrierter Digital Twin für Hochleistungs-Faserverbundanwendungen
Partner: TC Freyung, TUM, TÜV Süd Industries Service GmbH, Enercon, Fos4x, UL International GmbH
HiPower - Industrielle Forschung und Bau eines Prototyps für ein neuartiges 100W High Power Solar Paneele Subsystem für New
Space NanoSats und SmallSats
Partner: Deployables Cubed GmbH
EXRE - Angewandte Exoskelettforschung zur Verwendung in der Rehabilitation.
  Das Projekt zielt darauf ab, die Synergien zwischen den Regionen in der angewandten Forschung zu verbessern.
Ein internationales, interdisziplinäres Forschungsteam treibt die Entwicklung eines Exoskelett Prototyps für Rehabilitation und prothetische Praxis voran.
Dabei werden gemeinsame Innovationen in den Bereichen Design, Konstruktionstechnologien, 3D-Druck, Mechatronik, angewandte Kybernetik
Gehirn-Computer-Schnittstelle) und Rehabilitation genutzt. Die Beteiligung von 5 assoziierten Partnern aus der Praxis und die Erprobung des Exoskeletts
ermöglichen einen Know-how-Transfer zu KMU im Bereich Mechatronik, Rehabilitation und Prothetik.
  Partner: University of West Bohemia: ZČU in Pilsen
SWEFTD - Entwicklung eines interdisziplinären Ansatzes zur Tumorfrüherkennung.
  Projektziel ist die Verbesserung der Tumordetektion durch innovative Datenanalyse. Durch die Kombination der unterschiedlichen Denkansätze von Medizin und
Ingenieurwesen entsteht ein einzigartiger Mehrwert, der neue Perspektiven eröffnet. Zudem dient das Projekt als Grundlage für zukünftige Forschungsprojekte
und Förderungen im Bereich der Tumorfrüherkennung
    Assozierte Partner: Universität Regensburg
Sim3dApp -Material- und Prozessverständnis mit automatisierten Nacharbeitsstrategien durch Digitalen Zwilling und Simulation im FFF-Druck
  Ziel des Projekts ist einen FFF-Drucker zu entwickeln, welcher vor allem im Hochtemperaturbereich arbeitet, um Material wie PEEK und faserverstärkte Kunststoffe
verarbeiten zu können. Mit einem integrierten Monitoringsystem bestehend aus verschiedenen Sensoren, wie etwa Thermokameras, wird die Bauteilhistorie
erfasst und eine Defektkontrolle gewährleistet. Die generierten Echtzeitdaten werden in einer Datenbank gesammelt und über KI-Algorithmen für Prognosen
genutzt. Bei Abweichungen greift das System selbstständig in den Druckprozess ein und passt Parameter entsprechend an, bzw. bricht den Druck ab. Parallel
werden Simulationen genutzt, um Trainingsdaten zu ergänzen und Vorhersagen bereits vor Prozessstart zu treffen.
  Partner: Reimann Industrietechnik GmbH

Abgeschlossene Projekte

AutoClean - Entwicklung einer automatisierten Nachbearbeitungsstrecke mit integrierter KI-basierter Qualitätskontrolle
und Sortierstation für Bauteile aus pulverbett- basierten 3D Druck
Partner: TC Cham, SHL Automatisierungstechnik AG, thinkTEC3D GmbH
Smart3D - Smarter 3D-Druck polymerer Hochleistungs-Systeme
Partner: TC Grafenau, Ingenieurbüro Muhr GmbH, Kumovis GmbH, nebumind GmbH
Powercube - Deployables Cubed GmbH - Bei diesem Projekt geht es um die Entwicklung eines Minisatelliten, welcher bis zum Ende
des Einsatzes eine Leistung von 100W liefern soll. Des Weiteren ist die Struktur derart zu konzipieren, dass diese in das Volumen eines
Würfels mit einer Kantenlänge von 10 cm verstaut werden kann, sicher transportierbar ist, sich am Missionsziel problemlos entfaltet
und nicht über zwei Kilogramm wiegt. Um die vorgegebenen Randbedingungen einzuhalten wird die Umsetzung einer integralen
faserverstärkten Trägerstruktur mit neuartigen Gelenken untersucht. Zur Validierung der Konzepte werden Entfaltungssimulationen
und Versuche durchgeführt.
SurfMod3Dton - Funktionalisierung 3D (FDM)-Bauteile für Detonationsbeschichtung
Partner: Reimann Industrietechnik GmbH
Sumida Components & Modules GmbH - Wirkkettenanalyse für Spritzgussbauteile in Hochleistungs-Elektronik-Komponenten
In Kooperation mit der Firma Sumida erarbeitet der Technologie Campus Hutthurm eine Simulations-Strategie, um die Ergebnisse
aus der Spritzguss-Simulation eine Struktursimulation zu übertragen. Mit der anschließenden FE-Berechnung soll eine Optimierung
des Lasttragverhaltens bei gleichzeitig verbessertem Bauteildesign erzielt werden.
ForCEs - ForschungsCluster Exoskelett – Cyber-physische Systeme für die Arbeitswelt der Zukunft
Partner: TC Freyung, TC Cham

Aktuell geförderte Projekte

Aktuelle Studentische Arbeiten

Promotionsprojekt: “AI-based analysis of digital, patient-specific tissue sections before and after treatment with potential therapies in a 3D-in-vivo tumor model”

Abstract:

Hepato-pancreato-biliary (HPB) tumors exhibit high aggressiveness, invasiveness, and therapy resistance. Despite advancements like mFOLFIRINOX, survival rates remain low, and optimal treatment strategies are still undefined. This study integrates AI-based analysis and a 3D in-vivo tumor model to assess the effect of potential therapeutics on histopathological markers. The patient-specific chorioallantoic membrane (CAM) model offers an alternative to animal testing, enabling the cultivation of human tissues and drug testing. For the first time, a combination of Sunitinib and Gemcitabine will be tested in the CAM model, building on prior mouse studies demonstrating superior antitumor efficacy. Histological and immunohistochemical analyses will be performed using markers such as Ki-67, p53, CD3, and CD20 to investigate the proliferation rate, mutation rate, immune response and tumor stroma ratio. AI-assisted tools like QuPath will be employed to enhance digital pathology and automate biomarker quantification. This approach aims to optimize specificity, reduce manual correction efforts, and improve
prognostic assessments. The findings will contribute to a better understanding of therapeutic efficacy, resistance mechanisms, and the potential for personalized treatments.

Promotionsprojekt: “Modulation of the growth of human cystic tissue in 3D-in-ovo-modell”

Abstract:

Die autosomal dominante polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD) ist die häufigste Form einer monogenetischen Nierenerkrankung. Die Krankheit ist durch eine fortschreitende, bilaterale Entwicklung und Vergrößerung von Zysten gekennzeichnet, wodurch umliegendes Gewebe verdrängt wird. Infolgedessen benötigen etwa 50 % der ADPKD-Patienten bis zum Alter von 55 Jahren eine Nierenersatztherapie. Da es sich bei ADPKD um eine eher langsam fortschreitende Krankheit handelt, die sich oft über Jahrzehnte entwickelt, bleibt ein großer Zeitrahmen, um das Zystenwachstum zu hemmen und die Nierenfunktion zu erhalten. ADPKD wird hauptsächlich durch heterozygote Mutationen des PKD1- oder
PKD2-Gens verursacht. Die genauen molekularen Mechanismen sind noch nicht vollständig geklärt. Ein besseres Verständnis der Bildung und des Wachstums von Nierenzysten bei ADPKD wäre für die Umsetzung neuer Behandlungsziele und Strategien zur Erhaltung der Nierenfunktion bei diesen Patienten von großem Wert. Derzeit gibt es keine ausreichenden Therapieansätze, um das Zystenwachstum zu inhibieren oder zu verlangsamen und so die Nierenfunktion bei der ADPKD zu erhalten. Der Bedarf solcher Therapieansätze ist aber sehr hoch. Der für die Therapie von ADPKD verwendete Vasopressin 2 Rezeptor Antagonist Tolvaptan (Jinarc®), ist bislang die einzige und auch nur in einigen Ländern
zugelassene Substanz zur Hemmung des Zystenwachstums. Da der Effekt auf das Zystenwachstum nur schwach ausgeprägt ist und von relevanten Nebenwirkungen begleitet wird, ist die Suche nach alternativen therapeutischen Ansätzen unumgänglich. Ein bekanntes Problem bei ADPKD ist die Übertragung von Ergebnissen aus nicht-humanen Modellen auf den Menschen. Das 3D-in-vivo-Modell (Chorioallantoismembran-Modell) kann als Zwischenschritt zwischen Tierversuchen und Studien am Menschen dienen. Als wesentlicher Zwischenschritt zu einer
potentiellen klinischen Anwendung sollen daher vielversprechende Inhibitoren an humanem Zystengewebe in einem 3D-Modell getestet werden. Die Verwendung von menschlichem Zystengewebe stellt nicht nur einen weiteren Schritt in Richtung Translation dar, sondern trägt auch zur Implementierung der 3R-Prinzipien („reduce, refine, replace“) durch Einsatz von Alternativmethoden zum Tierversuch bei.

Promotionsprojekt: “MicroRNA-21 and FOXO1 in angiogenesis of pancreatic cancer and cholangiocarcinoma”

Abstract:

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) and cholangiocellular carcinoma (CCA) share aggressiveness, short survival time and resistance to chemotherapy. FOXO1 and microRNA-21 function respectively as tumor suppressor and oncogene in PDAC. Moreover, FOXO1 has an important role in vascular homeostasis because it is a fundamental modulator of the formation and maturation of blood vessels.
The cell line with the lowest FOXO1 expression will be selected for transfection. A first transfection experiment will involve the overexpression of FOXO1. Once the transfection is confirmed through western blot and genomic DNA genotyping, the clone will be inoculated onto the CAM. IKOSA will be used to monitor the vessels in the CAM. Part of the explanted cell pellets will be used to analyse the expression angiogenic factors and for immunohistochemistry for the staining of FOXO1 and phospho FOXO1Ser256 (phosphorylated FOXO1). As part of preliminary work, the protein expression of FOXO1 was detected using Western blotting in different PDAC and CCA cell lines. The expression of FOXO1 was significantly higher in BxPC-3 than in MiaPaCa2. Therefore, MiaPaCa2 is a good candidate for overexpression of the gene, while BxPC-3 is a good candidate for knockdown experiments. In addition, cholangiocellular carcinoma tissue was cultured on the CAM model for the first time and the macroscopic course was closely analyzed over a period of one week. The vascularization of CCA onto the CAM was confirmed through ultra-high-frequency ultrasound measurements and we observed the proliferation of the tissue after growth on the CAM using Ki67 staining. The aims are investigating the role of FOXO1 and microRNA-21 in angiogenesis of PDAC and CCA; and cultivating dCCA tumor tissue on the CAM for testing chemotherapeutic drugs.