Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft, Berlin

Die Rolle von Stammzellen und Krebsstammzellen
Jedes unserer Gewebe und Organe enthält Stammzellen. Stammzellen können sich laufend erneuern und gleichzeitig differenzierte Zellen, wie z.B. Neuronen, Blut- oder Herzzellen bilden durch den Prozess der asymmetrischen Teilung. Stammzellen sind essentielle Bausteine unserer Entwicklung und unseres adulten Lebens.
Experimentell werden die Stammzellen aus der inneren Masse der Blastozyste gewonnen, aber auch bereits ausdifferenzierte Zellen können durch einen Transkriptionsfaktor-Cocktail zurück in das Stammzellstadium versetzt werden.
Vor einigen Jahren wurde entdeckt, dass es auch in Tumoren Tumorstammzellen gibt, die in verschiedenen Tumoren mit 0,1 bis 2% Häufigkeit auftreten. Wie die gesunden Stammzellen besitzen Tumorstammzellen die Fähigkeit zur Selbsterneuerung und können in alle Zellen des Tumors differenzieren. Tumorstammzellen sind häufig die Ursache für Therapieresistenz und Rückkehr der Krebserkrankung. In unserem Labor erforschen wir die Unterschiede zwischen zellulären Signalwegen in Tumorstammzellen und denen in anderen Tumor- und Normalzellen. Die Unterschiede nutzen wir, um personalisierte Krebstherapien entwickeln zu können.

Zur Person
Walter Birchmeier diplomierte in Biologie an der Universität Zürich (1973). Nach Postdoc-Jahren an der Cornell University Ithaca, dem Biozentrum Basel und der University of California in San Diego wurde er Laborleiter am Max-Planck-Institut Tübingen (1982) und ordentlicher Professor an der Medizinischen Hochschule Essen (1988). Seit 1993 ist er am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin tätig. Er war von 04/2004 bis 12/2008 Direktor des Max-Delbrück-Centers und ist Professor an der Charité/Humboldt-Universität Berlin. Seine Hauptforschungsinteressen waren die Rolle der Zelladhäsion und Signaltransduktion bei der Entwicklung und Progression von Tumoren.

Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)

Auf der Suche nach den ältesten Sternen
Wenn man in einer mondlosen Nacht spazieren geht, kann man unzählige Sterne am Himmel sehen. Einige dieser Lichtpunkte scheinen schon seit 13 Milliarden Jahren. Dies sind die ältesten noch lebenden Objekte des Universums, welches selbst 13,8 Milliarden Jahre alt ist. Die „Stellare Archäologie“ hat als Ziel, diese extrem seltenen Sterne zu finden.
Die chemische Zusammensetzung dieser Sterne ergibt, dass sie nur Spuren von Elementen in sich enthalten, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind. Das liegt daran, dass sie in einer Zeit geboren wurden, als es von schwereren Elementen, wie z.B. Kalzium oder Eisen, noch nicht viel gab. Dies bietet somit die Möglichkeit, lokale Milchstraßensterne für die Erforschung der Frühzeit des Universums zu benutzen, denn die ersten schwereren Elemente wurden von den allerersten sehr massereichen Sternen kurz nach dem Urknall synthetisiert und dann während ihrer Supernova-Explosionen ins All geschleudert. Diese chemischen Fingerabdrücke wurden den Sternen der nächsten Generation dann bei ihrer Entstehung aus riesigen Gaswolken mitgegeben. Diese viel leichteren Sterne sind auch heute noch beobacht- und analysierbar; ihre Zusammensetzung verrät uns Wesentliches über die ersten Nukleosyntheseprozesse, die chemische Entwicklung der Milchstraße sowie die Stern- und Galaxienentstehung.
In diesem Vortrag wird u.a. der Entdeckungsprozess von einigen der ältesten Sterne mit den Großteleskopen dargelegt. Mit Videos über das Beobachten mit den 6,5-Meter-Magellan-Teleskopen in der Atacama-Wüste in Chile wird ein einzigartiger Einblick in die Arbeit von Astronomen gegeben.​

Zur Person
Anna Frebel ist Associate Professor am Department für Physik des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge (Massachusetts), USA. Die gebürtige Deutsche erwarb 2007 ihren Doktortitel in Astronomie und Astrophysik von der Australischen Nationaluniversität, wo sie am Mt. Stromlo Observatorium forschte. Mit renommierten Stipendien arbeitete sie daraufhin als Postdoktorandin an der Universität von Texas in Austin und am Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik in Cambridge, Massachusetts. Seit 2012 ist Frebel am MIT als Professorin tätig. Sie ist eine international führende Expertin der Stellaren Archäologie und Nahfeldkosmologie. Diese Gebiete beschäftigen sich mit dem Studium 13 Milliarden Jahre alter Sterne, um darüber die physikalischen und chemischen Bedingungen des frühen Universums sowie den Ursprung der Elemente und die Entstehung unserer Milchstraßengalaxie zu verstehen.
Für ihre Forschungsergebnisse zur chemischen Entwicklung und zu den Entdeckungen der ältesten bekannten Sterne hat Frebel viele Auszeichnungen und Preise erhalten, wie z.B. 2007 den Charlene-Heisler-Preis (Astronomische Gesellschaft von Australien), 2009 den Ludwig-Biermann-Förderpreis (Deutsche Astronomische Gesellschaft) und 2010 die Annie-Jump-Cannon-Auszeichnung (Amerikanische Astronomische Gesellschaft). 2013 wurde ihr der CAREER Award der Nationalen Wissenschaftsstiftung der USA verliehen. 2016 wurde sie in die Liste der zehn vielversprechendsten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des ScienceNews Magazine aufgenommen.
Weiterhin gibt Frebel regelmäßig Seminare zu professionellem Career Development und Leadership Training (meist) für Frauen in der Wissenschaft, hält Vorträge und schreibt Artikel, um die Astronomie der Öffentlichkeit nahezubringen. Dies ist auch das Anliegen ihres populärwissenschaftlichen Buches „Auf der Suche nach den ältesten Sternen“ (S. Fischer Verlag).

Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)

4D-Druck: Geometrie, Elastizität und formverändernde Strukturen
Formveränderung in der Natur zeigt sich, zum Beispiel, bei Pflanzen- und Blütenblättern, welche mittels komplexer Wachstumsvorgänge entstehen und sich weiter verändern. Jüngste Entwicklungen in 3D-Druck und Materialwissenschaften ermöglichen es Forschern, Strukturen herzustellen, welche ähnliche Fähigkeiten der Formveränderung aufweisen. Strukturen können in einer bestimmten Form, zum Beispiel flach, hergestellt und dann durch Vorgänge wie Wärmezugabe aktiviert werden und ihre Form verändern (4D-Druck). Diese Technologie kann neue Anwendungen in der Robotik finden, zum Beispiel artifizielle Muskulatur. In diesem Vortrag werden die geometrischen und elastischen Prinzipien erläutert, die solchen Formänderungen zugrunde liegen. Wir werden uns sowohl auf die Vorhersage als auch auf den Designaspekt konzentrieren und wie sie mittels Computersimulationen gelöst werden können. Die Vorhersage behandelt, wie wir die Formveränderung bei gegebener Kombination von Materialien und ihrer Anordnung vorhersagen können. Der Designaspekt beantwortet, wie wir durch die Kombination verschiedener Materialien und ihrer Anordnung eine gewünschte Ziel-Form erhalten. Am Ende des Vortrags wird ein experimentelles Beispiel besprochen, in dem all diese Aspekte zusammenkommen, um eine flache Struktur in eine vertraute komplexe Form zu ändern.

Zur Person
Wim M. van Rees ist seit 2017 Assistenzprofessor im Departement Maschinenbau am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Davor arbeitete er also Postdoktorand an der School of Engineering and Applied Sciences der Harvard University. Wim promovierte an der ETH Zürich (Schweiz) und erhielt einen BSc und MSc in Schiffsbau von der Technischen Universität Delft in den Niederlanden. Seine Forschungsinteressen sind die Anwendung komplexer numerischer Computersimulationen im Bereich von Flüssigkeiten, Strukturen und Wechselwirkungen zwischen Flüssigkeiten und Strukturen. Wims Vision für zukünftige Forschung ist es, bioinspirierte Verformung flexibler Strukturen in Fluidströmen für den Antrieb von Unterwasser-Robotern oder für erneuerbare Energien im Bereich Wasserkraft zu nutzen.

Lehrstuhl für Chemistry of Thin Film Materials, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Alumnus des Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA)

Aus Blei mach Gold: Nanostrukturierte Grenzflächen für die Energieumwandlung
Die Gewinnung von Sonnenenergie in elektrischer Form, ihre Speicherung in chemischer Form in Batterien oder Brennstoffen, sowie die umgekehrten Verwandlungen beruhen immer auf dem Austausch von Elektronen an einer Grenzfläche. Diese Grenzfläche kann zwei Halbleiter trennen (beziehungsweise verbinden), einen Festkörper und eine flüssige Elektrolytlösung, oder sogar zwei Flüssigkeiten im Fall der natürlichen Photosynthese. Künstliche Solarzellen, Brennstoffzellen und Batterien erreichen allerdings die ausgezeichnete geometrische Kontrolle des biologischen Vorbilds auf der Größenskala von 10 bis 100 Nanometer nicht, die sehr wohl von Bedeutung für die Optimierung des Elektronenaustausches ist. Chemische Methoden zur Erzeugung hochgeordneter Nanoporen und zur systematischen Variation von deren Größe ermöglichen nicht nur die Erforschung grundliegender geometrischer Effekte in den unterschiedlichen Energieumwandlungsbauteilen, sondern dadurch auch die Anwendung alternativer Materialien, insbesondere nicht-toxischer Verbindungen breit verfügbarer Elemente. Deren Kombination erfordert allerdings auch die Anpassung von deren Grenzflächen bis auf die atomare Skala.

Zur Person
Julien Bachmann (*1978) studierte Chemie an der Université de Lausanne in der Schweiz und promovierte 2006 am MIT. Nach einem Forschungsaufenthalt als Humboldt-Stipendiat am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle startete er im Jahr 2009 seine unabhängige Karriere als Juniorprofessor im Department Physik der Universität Hamburg. Er wurde 2012 an die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg berufen, wo er seit 2017 den Lehrstuhl für ‚Chemistry of Thin Film Materials‘ innehat.