Universitätsklinikum Würzburg: Neurobiologie: Aktuelle Meldungen

28.07.2026

Science Across Continents: Advancing Artificial Synapse Research Together

How do international research partnerships accelerate scientific progress? Australian PhD researcher John Qi and his supervisor Professor Robert J. Harvey from the University of the Sunshine Coast (UniSC) explain how their collaboration with the University Hospital Würzburg is advancing research on artificial synapses while creating valuable opportunities for scientific exchange and training.

As part of the Queensland–Bavaria research collaboration, John Qi presents his work during his research stay at the University Hospital Würzburg.

International Collaboration Beyond the Laboratory

For more than 15 years, researchers at the Institute of Clinical Neurobiology of the University Hospital Würzburg (UKW) and the University of the Sunshine Coast (UniSC) in Queensland, Australia, have been working together to better understand how nerve cells communicate. Their latest joint project, funded by the Queensland–Bavaria Collaborative Research Program, aims to develop three-dimensional, animal-free artificial synapses based on human induced pluripotent stem cells (iPSCs). The innovative models are expected to provide new insights into neurological disorders while reducing the need for animal-based research.

International collaboration is not only about combining scientific expertise but also about training the next generation of researchers. As part of the project, UniSC PhD researcher John Qi is currently visiting Würzburg to learn advanced cell culture, immunostaining and microscopy techniques in the laboratories of PD Dr. Natascha Schäfer and Professor Carmen Villmann. Together with his supervisor, Professor Robert J. Harvey, he reflects on the value of international collaboration, the promise of artificial synapse models and the importance of learning across continents.

From your perspective, what makes this exchange at University Hospital Würzburg particularly valuable for your doctoral researcher’s development?

Professor Robert J. Harvey: John is a new PhD student working on the proteomics of glycine receptors, the chance to work with Dr Natascha Schaefer and Prof Carmen Villmann, two experts in the field, is a fantastic training opportunity.

What motivated you to spend this period of your PhD at University Hospital Würzburg, and what are you most looking forward to during your stay?

John Qi: I was motivated to not only learn about new technologies and techniques, but also the chance to perform science outside my own lab group. This allows me to gain both new perspectives as well as ideas that may be different to those from my own laboratory in the University of the Sunshine Coast.

During your time here, you are gaining experience with new cell culture methods. Which techniques or insights are you especially interested in taking back to Australia, and how do you expect them to shape your future research?

John Qi: I hope to bring back both advanced immunostaining and microscopy techniques to my lab in Australia. While we already have access to some of these approaches and equipment, gaining hands-on experience with these methods in a different research environment will allow me to further refine my technical skills and understand their practical applications. This experience will give me greater confidence in implementing and troubleshooting these techniques in my own research, and if future opportunities arise, I will be better positioned to transfer and establish these methods within my laboratory. These skills will strengthen my ability to investigate cellular mechanisms underlying neurological disease and expand the experimental approaches available in my research program.

Which skills or experiences do you hope your doctoral researcher will gain during his time abroad, and how will these contribute to his PhD project?

Professor Robert J. Harvey: John will benefit from working in a well organised international multidisciplinary laboratory, and learn advanced cell culture and microscopy methods.

The joint project uses human cell models and 3D-printed artificial synapses to better understand neurological diseases. If you had to explain to a non-expert how an artificial synapse is created, what are the key components, and what makes it a "functional" synapse?

John Qi: An artificial synapse is created by engineering cells so that one cell displays the proteins needed to encourage a nerve cell to form a connection. Rather than relying on the complex environment of the brain or spinal cord, we use human cells grown in a controlled laboratory setting and modify them to express specific proteins involved in neuronal communication. This allows us to recreate aspects of synapse formation and function in a simplified system. By using these models, we can investigate how disease-associated changes affect neuronal development and communication, helping us better understand the causes of neurological disorders and identify potential therapeutic strategies.

Many people associate cell culture research with a Petri dish. What can the artificial 3D synapse model achieve that traditional cell culture systems cannot?

John Qi: It can help us understand how synapses and neurons behave in a 3D environment compared with traditional 2D culture systems. Some disease models do not show obvious abnormalities when studied in a 2D environment, but these defects may become more apparent when cells are grown in a more physiologically relevant 3D setting. Additionally, some disease-associated neurons may not develop, mature, or form connections efficiently in 2D cultures compared with 3D environments. By using 3D models, we can better replicate the complexity of the nervous system and gain a more accurate understanding of disease mechanisms.

The project combines human cell models with 3D-printed artificial synapses. What is the added scientific value of this international collaboration for advancing this research?

Professor Robert J. Harvey: The benefit of this collaboration, funded by the Queensland–Bavaria Collaborative Research Program, is the combination of expertise in receptor biology and interacting proteins (UniSC Australia) and advanced cell culture methods (University Hospital Würzburg). We hope to generate the first ‘animal free’ artificial synapses using iPSC cells, making this method more accessible to other international research laboratories.

How do you support your doctoral researchers during international exchanges, and what do you see as key factors for a successful stay abroad?

Professor Robert J. Harvey: Placing them in a great host laboratory with expert scientists is key. We have regular check-in meetings throughout the stay to keep the project on track, but appreciating the opportunity to travel and stay in another country is also important. I understand that John has been busy exploring Würzburg and Erlangen with expert guides in his spare time.

Outside the lab, what have you particularly enjoyed exploring in Würzburg and the surrounding region during your stay?

John Qi: I am excited to experience the local food and culture during my time in Germany. I particularly hope to explore the surrounding areas of Würzburg, including cities such as Erlangen and Bamberg, while trying the regional cuisine and experiencing the unique traditions of each area. As I have never visited Würzburg before, I also look forward to exploring some of its most iconic landmarks, including the Würzburg Residence and the Old Main Bridge, which I have heard so much about. These experiences will allow me to better appreciate the history, culture, and community of the region during my stay.

Looking ahead, do you see potential for continuing or expanding this collaboration between your institution and Würzburg?

Professor Robert J. Harvey: Given the longevity of the relationship between UniSC and the University Hospital Würzburg, I can only see opportunities for expansion of our activities. We will also host Dr Schaefer and her PhD students at UniSC later this year and next year, which will provide opportunities for training in advanced molecular biology methods. During this time, Dr Schaefer will also attempt her first ever Ultramarathon - the Blackall 50. I'll be guiding her along 50 km of hiking trails in the Sunshine Coast hinterland — with an elevation gain of 1,580 m. Whether in the laboratory or on the trails, this enduring partnership continues to push boundaries and foster meaningful global connections.

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24.07.2026

Wie das Gehirn entscheidet. Dominik Groos erforscht die uralten Schaltkreise hinter Verhalten und Motivation

Mit Humboldt-Stipendium von Zürich nach Würzburg und zur eigenen Emmy Noether-Forschungsgruppe

Dominik Groos vor einer Glastür mit der Beschriftung ikn Institut für Klinische Neurobiologie — Der experimentelle und theoretische Neurowissenschaftler, Dr. Dominik Groos, baut am Universitätsklinikum Würzburg eine eigene Emmy Noether-Forschungsgruppe auf. © Katrin Walter / UKW

Die beiden Wissenschaftler sitzen am Tisch - vor sich der Ausdruck einer Publikation — Mit einem Humboldt-Forschungsstipendium kam Dr. Dominik Groos (rechts) von der Universität Zürich ans Würzburger Institut für Klinische Neurobiologie zu Prof. Dr. Philip Tovote. © Katrin Walter / UKW

Der experimentelle und theoretische Neurowissenschaftler Dr. Dominik Groos kommt mit einem Humboldt-Forschungsstipendium von der Universität Zürich zu Prof. Dr. Philip Tovote ans Würzburger Institut für Klinische Neurobiologie und baut am Universitätsklinikum Würzburg demnächst eine eigene Emmy Noether-Forschungsgruppe auf. Seine Forschung zeigt, wie evolutionär alte Hirnnetzwerke Risiko, Belohnung und Körperzustand miteinander verbinden – und eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis psychischer und metabolischer Erkrankungen.

Würzburg. Sein Fokus liegt auf wertebasierten Entscheidungsfindungen. Um diese zu erforschen taucht der Neurowissenschaftler Dr. Dominik Groos in evolutionär alte Hirnstrukturen wie den Hypothalamus ab, der Informationen aus Körper und Gehirn zusammenführt. Diese alten Hirnnetzwerke entstanden bereits vor vielen Millionen Jahren im Verlauf der Evolution und steuern bis heute sowohl bei Menschen als auch bei anderen Wirbeltieren grundlegende Funktionen wie Hunger, Schmerz oder Stress, aber auch Bewertungs- und Motivationsprozesse. Dies zeigen unter anderem die neuesten Arbeiten von Dominik Groos.

Spezifischer Hypothalamus-Habenula-Kreislauf steuert die Risikobereitschaft

In einer international beachteten Studie (Groos, D., et al. A distinct hypothalamus–habenula circuit governs risk preference, Nature Neuroscience 28, 361–373, 2025, https://doi.org/10.1038/s41593-024-01856-4) identifizierte Groos mit seinen damaligen Kolleginnen und Kollegen der Universität Zürich beispielsweise bei Mäusen einen bislang unbekannten neuronalen Schaltkreis zwischen Hypothalamus und lateraler Habenula. Dieser beeinflusst die individuelle Bereitschaft, Risiken einzugehen. Während der Hypothalamus innere Zustände wie Hunger, Durst, Schlaf, oder Sexualverhalten steuert, bewertet die Habenula – eine winzige Region im Zwischenhirn – ob eine Handlung das Risiko wert ist. Dabei arbeitet das System keineswegs nach dem Prinzip „Stop“ oder „Go“. Denn überraschenderweise setzen diese hypothalamischen Nervenzellen sowohl den erregenden Neurotransmitter Glutamat als auch die hemmende Gamma-Aminobuttersäure (GABA) frei und senden somit gleichzeitig aktivierende und bremsende Signale an die Habenula.

Information zum Mausexperiment: Konkret bot Groos mit seinem Team an der Universität Zürich den Mäusen die Wahl zwischen einer sicheren Option, bei der sie in jedem Fall eine mittelgroße Belohnung in Form von kleinen Mengen Zuckerwasser erhielten, und einer riskanteren Option, nach deren Wahl die Belohnung entweder wesentlich größer oder wesentlich kleiner ausfiel. Die meisten Tiere waren risikoavers und gingen auf Nummer sicher. Ein Drittel der Mäuse hingegen ging vermehrt ein höheres Risiko ein. Diese Ergebnisse decken sich mit Beobachtungen am Menschen. Die meisten Menschen sind sinnvollerweise risikoavers. Wären alle risikofreudig, wäre die Spezies auf Dauer wegselektioniert.

Gerade diese feinmodulierte Abstimmung könnte erklären, warum manche Individuen eher Risiken eingehen, während andere vorsichtiger entscheiden. Diese Präferenz war übrigens unabhängig von Geschlecht und zeigte sich als erstaunlich stabile Eigenschaft, die sich sogar vorab erkennen ließ, wie moderne Aktivitätsmessungen und Optogenetik zeigten. So beobachteten die Forschenden mittels Calcium-Imaging, dass die Nervenzellen bereits vor der Wahlhandlung ein Aktivitätsmuster zeigten, das mit der späteren Entscheidung zusammenhing. Durch gezielte Manipulation der zuständigen Hypothalamus-Habenula-Verbindung mittels Optogenetik konnte Groos demonstrieren, dass genau dieser Schaltkreis die Risikobewertung beeinflusst.

Die Optogenetik, die vor über 20 Jahren die Neurowissenschaften revolutioniert hat, ermöglicht inzwischen den Nachweis eines kausalen Zusammenhangs zwischen einem evolutionär alten Hirnschaltkreis und einem Verhalten. Mithilfe lichtempfindlicher Proteine lassen sich einzelne Nervenzellen und ihre Verbindungen nämlich gezielt mit Licht aktivieren oder hemmen. Dadurch können Forschende heute nicht nur beobachten, welche Hirnschaltkreise bei einer Entscheidung aktiv sind, sondern auch nachweisen, welche davon das Verhalten tatsächlich steuern.

Würzburg als Standort für systemische Neurowissenschaften

Dass Groos seine Forschung am Universitätsklinikum Würzburg (UKW) mit anfänglicher Unterstützung eines Humboldt-Stipendiums für Postdocs fortsetzt, ist kein Zufall. Er arbeitet mit Prof. Dr. Philip Tovote zusammen, dem Direktor des Instituts für Klinische Neurobiologie (IKN) und Inhaber des Lehrstuhls für Systemische Neurobiologie. Tovote ist einer der international führenden Experten für evolutionär alte Hirnschaltkreise wie das Zentrale Höhlengrau, das beispielsweise Reaktionen wie die sogenannte Schockstarre oder das Fluchtverhalten während Angstzuständen steuert.

„Wir haben hier eine Forschungsinfrastruktur mit kontrollierten Bedingungen, exzellenter Mauszucht und Experimentalhaltung sowie anspruchsvollen In-vivo-Methoden aufgebaut, die Forschung auf höchstem Niveau ermöglicht. Solche Voraussetzungen gibt es in Deutschland nur an wenigen Standorten – und genau das macht ihn für ambitionierte Nachwuchswissenschaftler so attraktiv“, sagt Philip Tovote. „Ich war hocherfreut, als sich Dominik bei uns bewarb. Mit seinem Forschungsprofil, seiner Leidenschaft und seinem Know-how ergänzt er unser Forschungsprofil der systemischen Neurowissenschaften hervorragend.“

Das Forschungsprofil „Systemische Neurowissenschaften“ des UKW: Die Universitätsmedizin Würzburg baute in den vergangenen Jahren den systemischen Blickwinkel auf die Funktion des Nervensystems und das Zusammenspiel von Gehirn und Körpernervensystem sukzessive aus. Ziel ist es, einen Campus für translationale Neurowissenschaften zu etablieren. Einerseits soll die bereits bestehende exzellente Expertise in den verschiedenen Kliniken gebündelt werden, andererseits sollen ambitionierte und herausragende junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wie Dominik Groos die Möglichkeit erhalten, sich hier zu etablieren und ihr Wissen zu teilen.

Von grundlegenden Mechanismen im Tiermodell hin zum besseren Verständnis menschlicher Erkrankungen

Doch welche Perspektiven eröffnen diese Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung am Tiermodell für die Humanmedizin? „Wir haben viele interessante Puzzleteile aus der systemischen Mausforschung, die zu dem passen, was wir im Menschen sehen“, sagt Dominik Groos. „Wir wissen zum Beispiel, dass bei vielen neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Depressionen, Schizophrenie und Suchterkrankungen wertebasiertes Entscheidungsverhalten gestört ist. Auf der anderen Seite gibt es eine starke Überlappung mit metabolischen Erkrankungen.“ Groos verweist auf zahlreiche aktuelle Studien, die belegen, dass zahlreiche Menschen mit psychischen Erkrankungen gleichzeitig Veränderungen des Stoffwechsels aufweisen. Die Forschung geht zunehmend davon aus, dass beiden Krankheitsgruppen gemeinsame biologische Mechanismen zugrunde liegen, etwa in den neuronalen Netzwerken, die Verhalten, Stress und Stoffwechsel miteinander verbinden. Tovote nennt die Abnehmspritze Semaglutid als Beispiel. Neben dem reinen Gewichtsverlust hat der Wirkstoff auch einen positiven Einfluss auf das psychische Wohlbefinden und das Suchtverhalten, da er GLP-1-Rezeptoren in Hirnnetzwerken beeinflusst, welche Hunger, Motivation und Belohnungsverhalten steuern.

Die spannende translationale Frage lautet also: Wie entscheidet das Gehirn, was es will, was es braucht und welches Verhalten sich lohnt? Genau an dieser Schnittstelle zwischen Stoffwechsel, Motivation und Verhalten gibt es viele offene Fragen, die für Erkrankungen wie Adipositas, Essstörungen, Depressionen oder Stressstörungen relevant sind. Wie werden Signale aus dem Körper in neuronale Entscheidungen übersetzt und wie können Fehlregulationen dieser Systeme zu Erkrankungen beitragen?

Humboldt-Forschungsstipendium, IZKF-Förderung und Emmy Noether-Gruppe

Dominik Groos absolvierte seinen Master in Molekularer Medizin an der FAU Erlangen-Nürnberg. Anschließend promovierte er an der Universität Zürich (UZH), und arbeitete dort weitere vier Jahre als Postdoktorand. Im Juni 2026 kam er mit einem Forschungsstipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung für Postdocs ans Universitätsklinikum Würzburg. Die Alexander von Humboldt-Stiftung fördert überdurchschnittlich qualifizierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, indem sie Postdocs wie Dominik Groos beispielsweise einen Forschungsaufenthalt in Deutschland für sechs bis 24 Monate finanziert. Die Förderung ist Teil des 1.000 Köpfe-Plus-Programms des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR). Ebenfalls im Juni warb er erfolgreich eine eigene Emmy Noether-Gruppe ein. Das Emmy-Noether-Programm, benannt nach der deutschen Mathematikerin Emmy Noether, wurde 1997 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft eingeführt, um herausragende Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler zu fördern und ihre Forschung langfristig in Deutschland durchzuführen. Mit dem Aufbau und der eigenverantwortlichen Leitung einer sogenannten Emmy Noether-Gruppe haben junge Forschende in der frühen Phase ihrer Karriere die Möglichkeit, sich über einen Zeitraum von sechs Jahren für eine Hochschulprofessur zu qualifizieren. Eine Anschubfinanzierung erhält Dominik Groos zudem vom Interdisziplinären Zentrum für Klinische Forschung (IZKF) der Universität Würzburg.

Text: Kirstin Linkamp / Wissenschaftskommunikation

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02.04.2026

DFG fördert neues Forschungsprojekt zur Spinalen Muskelatrophie

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert ein neues Forschungsprojekt zur Spinalen Muskelatrophie (SMA) am Institut für Klinische Neurobiologie.

Ziel des Projekts ist es, zentrale molekulare Mechanismen zu entschlüsseln, die zur Fehlfunktion von Motoneuronen bei der seltenen neuromuskulären Erkrankung führen.

Im Mittelpunkt des Projekts von PD Dr. Natascha Schäfer und PD Dr. Sibylle Jablonka steht die Rolle des Proteins Plastin 3 bei der Reifung und Funktion von Motoneuronen. Bekannt ist, dass ein Verlust des sogenannten SMN-Gens zur Spinalen Muskelatrophie führt. Trotz bereits zugelassener genetischer Therapien sind die zellulären Prozesse, die zur Schädigung der neuromuskulären Endplatte beitragen, bislang nur unvollständig verstanden. Die neuromuskuläre Endplatte ist die Kontaktstelle zwischen Nervenzelle und Muskelzelle, an der ein Nervensignal in eine Muskelbewegung umgesetzt wird. Das neu bewilligte Projekt untersucht nun gezielt die molekularen Mechanismen, die zu einer Fehlfunktion bei der Signalübertragung führen.

Die beiden Wissenschaftlerinnen am Institut für Klinische Neurobiologie untersuchen insbesondere das Zusammenspiel spannungsgesteuerter Kalziumkanäle, ihrer Hilfsuntereinheiten und des BDNF-Signalwegs. Zu diesem Zweck haben sie dreidimensionale Motoneuron-Modellen entwickelt, die es erstmals ermöglichen, die molekularen Mechanismen der Erkrankung in einem realitätsnahen Zellmodell zu untersuchen.

„Wir möchten im Detail verstehen, welche Prozesse der Neurotransmission in Motoneuronen bei der spinalen Muskelatrophie genau gestört sind“, sagt Sibylle Jablonka. „Langfristig kann dieses Wissen helfen, neue therapeutische Ansätze gezielter zu entwickeln.“

Das Projekt kombiniert elektrophysiologische Untersuchungen, hochauflösende Mikroskopie sowie moderne 3D-Zellkulturtechniken. Der Einsatz dreidimensionaler Motoneuron-Modelle stellt dabei einen besonders innovativen Ansatz dar, der erstmals für die Untersuchung molekularer Krankheitsmechanismen bei SMA genutzt wird.

„Die Förderung durch die DFG ermöglicht uns, einen neuen experimentellen Ansatz umzusetzen und zentrale Mechanismen der Erkrankung deutlich präziser zu untersuchen“, ergänzt Natascha Schäfer.

Förderdetails

Fördersumme
- Teilprojekt PD Dr. Sibylle Jablonka: 242.762 €uro (zzgl. 22% Programmpauschale)
- Teilprojekt PD Dr. Natascha Schäfer: 234.602 €uro (zzgl. 22% Programmpauschale)
Laufzeit für zunächst drei Jahre
Förderlinie: klassische DFG-Sachbeihilfe

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23.02.2026

3D-Modell eröffnet neue Ansatzpunkte für Therapien von Hirnmetastasen nach Brustkrebs

Klinische Neurobiologie am UKW zeigt am 3D-Modell komplexen Prozess der Interaktionen von Brustkrebszellen im Gehirn

Illustration auf der Rückseite des Einbandes der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials. — Die AG Villmann lieferte das Bild für die Rückseite des Einbandes der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials. Zu sehen sind in das Gehirn metastasierte Brustkrebszellen (Kreis und Vergrößerung unten rechts). Sie stehen eng mit den Blutgefäßen in Kontakt, da sie über diese Nährstoffe und Sauerstoff enthalten und die Gefäße als Steuerungs- und Orientierungshilfe dienen. Die Tumorzellen passen sich schließlich immer mehr der neuen Umgebung im Gehirn an und gehen eine enge Wechselwirkung mit den Proteinen der extrazellulären Matrix des Gehirns ein (roter Kreis unten links), interagieren über pseudosynaptische Kontakte mit Neuronen sowie über Gap Junctions mit Astrozyten (Kreise oben rechts). Die Erregungsaktivität der Neuronen ist in Anwesenheit von Tumorzellen erhöht (Kreis oben links). Nach einer gewissen Zeit beginnen sie sich zu vermehren und bilden kleine Tumorkolonien. © Türker et al. AFM. 2025 (https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.74287)

Mateo Andrade Mier, Carmen Villmann und Esra Türker sitzen vor einem Laptop und betrachten ein mikroskopisches Bild, Carmen Villmann ist nur von hinten zu sehen. — Esra Türker (links) und Mateo Andrade Mier entwickelten ein neuartiges 3D-Modell, das die Umgebung von Nervenzellen im Gehirn nachbildet. © Daniel Peter / UKW

Mateo Andrade Mier, Carmen Villmann und Esra Türker sitzen vor einem Laptop und betrachten ein mikroskopisches Bild, Mateo ist nur von hinten zu sehen. — Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Carmen Villmann (Klinische Neurobiologie, UKW) entwickelte ein 3D-Zellkulturmodell, das die Veränderung des Netzwerks der Nervenzellen bei einem Brusttumor im Gehirn zeigt. © Daniel Peter / UKW

Forschende des Instituts für Klinische Neurobiologie am Universitätsklinikum Würzburg haben ein neuartiges 3D-Modell entwickelt, das die Umgebung von Nervenzellen im Gehirn nachbildet und zeigt, wie sich das neuronale Netzwerk durch Hirnmetastasen nach Brustkrebs verändert. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht. Die Studie liefert einen wichtigen Baustein zum Verständnis der Therapieresistenz von Hirnmetastasen bei Brustkrebs und bietet zugleich neue Ansatzpunkte für eine verbesserte Behandlung. Künftige Therapien könnten demnach nicht nur die Tumorzellen selbst, sondern auch ihre Interaktion mit dem umgebenden Gewebe gezielt beeinflussen.

Würzburg. Hirnmetastasen bei Brustkrebs sind schwer zu behandeln und gehen mit einer schlechten Prognose einher. Eine aktuelle Studie von Esra Türker und Mateo Andrade Mier aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Carmen Villmann vom Würzburger Institut für Klinische Neurobiologie des Universitätsklinikums Würzburg (UKW) liefert neue Einblicke in die Frage nach den zellulären Partnern der Tumorzellen sowie deren Wechselwirkung mit dem umgebenden Hirngewebe. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht und auf der Rückseite des Einbandes visualisiert.

Das Team um Carmen Villmann entwickelte ein 3D-Zellkulturmodell auf Basis eines speziellen Hydrogels, das wichtige Bestandteile der extrazellulären Matrix im Gehirn enthält, sowie strukturgebende Gerüste. In diese so genannten Scaffolds werden die verschiedenen Zelltypen eingebracht. Untersucht wurden HER2-positive Brustkrebszellen, die ein besonders hohes Risiko für Hirnmetastasen aufweisen.

Tumorzellen aus der Brust passen sich der neuen Umgebung im Gehirn an

Die Ergebnisse zeigen, dass sich die aus der Brust stammenden Tumorzellen im Gehirn an ihre neue Umgebung anpassen und enge Kontakte zu Nervenzellen und Astrozyten ausbilden. Dabei nimmt die Aktivität der Nervenzellen deutlich zu. Elektronenmikroskopische Analysen deuten darauf hin, dass zwischen Tumorzellen und Hirnzellen synapsen-ähnliche Kontaktstellen entstehen, über die wachstumsfördernde Signale übertragen werden könnten.

Erst Zellkontakte unterbinden, dann die Tumorzellen töten

Auf Basis dieser Erkenntnisse eröffnen sich neue therapeutische Strategien: Künftig könnten Behandlungen darauf abzielen, zunächst diese Zellkontakte zu unterbrechen und erst anschließend die Tumorzellen gezielt zu zerstören. Das etablierte 3D-Modell eignet sich zudem für systematische Medikamententests und kann auf andere Tumorarten mit Hirnmetastasen übertragen werden.

Publikation: Esra Türker, Mateo S. Andrade Mier, Jessica Faber, Mike Friedrich, Zan Lamberger, Jeannette Weigelt, Christian Stigloher, Nicoletta Murenu, Natascha Schaefer, Jörg Tessmar, Gregor Lang, Silvia Budday, Katrin G. Heinze, Antje Appelt-Menzel, Pamela L. Strissel, Reiner Strick, Carmen Villmann. A 3D Biofabricated Disease Model Mimicking the Brain Extracellular Matrix Suitable to Characterize Intrinsic Neuronal Network Alterations in the Presence of a Breast Tumor Disseminated to the Brain. Advanced Functional Materials. First published: 27 November 2025. https://doi.org/10.1002/adfm.202515220

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12.12.2025

Bioprinting von Organen: Wissenschaft oder Fiktion?

Wie realistisch ist das Drucken funktionsfähiger Organe – und wie weit ist die Forschung tatsächlich? Diese Fragen hat ein Team von Studierenden des SFB TRR225 „Biofab“ aufgegriffen und in einer Publikation beleuchtet, die speziell von Studierenden für Studierende konzipiert wurde.

Die Autorinnen und Autoren der Studie "Bioprinting Organs" stehen in zwei Reihen vor Roll-Ups des SFB TRR225 "Biofab" — Forschende von morgen: Das Studierendenteam hinter der Publikation zum Organ-Bioprinting.

Zu den Autorinnen und Autoren gehören auch Nicoletta Murenu und Mateo Andrade Mier vom Institut für Klinische Neurobiologie des UKW. Unterstützt wurden sie dabei von den Principal Investigators Natascha Schäfer, Gregor Lang und Silvia Budday.

Der Beitrag bietet einen kompakten Einstieg in die Grundlagen und aktuellen Entwicklungen des Organ-Bioprintings: Er erläutert Bio-Tinten, Vernetzungstechniken, Druckmethoden und jene Reifungsprozesse, die nötig sind, um ausgedruckte Zellstrukturen in funktionale Gewebe zu überführen. Zudem stellt er jüngste Fortschritte beim Drucken spezifischer Gewebe vor – sowohl für die Forschung als auch im Hinblick auf implantierbare Transplantate.

Allgemeiner Optimus in der Bevölkerung

Besonderes Augenmerk legten die Studierenden auf die öffentliche Wahrnehmung der Technologie. Eine von ihnen durchgeführte Umfrage unter Menschen mit unterschiedlichen Hintergründen zeigt ein positives Stimmungsbild: Die Mehrheit blickt optimistisch auf die Zukunft des Organ-Bioprintings und seine potenzielle Rolle in Medizin und anderen Bereichen.

Gleichzeitig macht der Beitrag deutlich, dass die technologieübergreifende Verzahnung von Ingenieurwissenschaften, Biomaterialforschung, Zellbiologie, Physik und Medizin weiterhin große Herausforderungen birgt. Laufende Forschungsarbeiten adressieren diese Komplexität jedoch mit hoher Dynamik.

Das Fazit der Studierenden fällt dennoch zuversichtlich aus: Das Bioprinting könnte nicht nur zu weniger Tierversuchen und effizienterer Wirkstoffentwicklung beitragen, sondern langfristig auch personalisierte Therapien erleichtern und den Mangel an Spenderorganen abmildern.

Die Publikation ist in Advanced Healthcare Materials erschienen:
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202502103

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28.11.2025

Klinische Neurobiologie auf der größten Neurowissenschafts-Konferenz der Welt

Mehr als 30.000 Forschende aus rund 80 Ländern, hunderte Vorträge, Symposien und Posterpräsentationen: Die Jahrestagung der Society for Neuroscience (SfN) gilt als das weltweit größte Treffen der Neurowissenschaften.

Auf der SfN 2025 in San Diego: (v.l.n.r.) Anna-Lena Wießler, Margarita Habib, Carmen Villmann und Natascha Schäfer präsentierten ihre Arbeit und genossen den Austausch in der weltweiten Neuroscience-Community.

Auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Klinischen Neurobiologie des Universitätsklinikums Würzburg waren im November 2025 in San Diego vertreten und präsentierten dort ihre aktuellen Forschungsarbeiten.

Was diese Konferenz besonders macht, beschreiben die Teilnehmenden am besten selbst.

„Einmal im Leben sollte jede Neurowissenschaftlerin dort gewesen sein“

Für Prof. Dr. Carmen Villmann ist das SfN-Meeting ein besonderer Ort:

„Das SfN-Meeting ist die größte Neuroscience-Konferenz weltweit. Jeder Neurowissenschaftler sollte sie mindestens einmal besuchen, um in diese faszinierende Wissenschaft mit all ihren neuen Entwicklungen einzutauchen – und mit mehr Ideen nach Hause zu fahren, als man jemals umsetzen kann.“

Gerade für den wissenschaftlichen Nachwuchs sei die Teilnahme besonders wertvoll. „Teil dieses großen Ganzen zu sein, ist ein tolles Gefühl. Deshalb versuche ich, möglichst vielen meiner Doktorandinnen, Doktoranden und Postdocs zumindest einmal die Teilnahme zu ermöglichen.“

„Wie ein riesiger Bienenstock“

„Bei meiner ersten Konferenz 2013 sagte man mir: Either you hate it or you love it. Ich liebe sie“, erinnert sich PD Dr. Natascha Schäfer aus der Klinischen Neurobiologie.

Die Dimensionen des Treffens seien beeindruckend: „Das Meeting ist so groß, dass man zu Fuß gut 20 Minuten von einem Ende des Kongresszentrums zum anderen braucht. Wenn man den Weg nicht einplant, verpasst man leicht einen Vortrag.“

Besonders eindrücklich seien die Poster-Sessions: „Wenn man dort steht und um einen herum ein Summen und Diskutieren herrscht wie in einem riesigen Bienenstock, beeindruckt mich das jedes Jahr aufs Neue. In diesem Moment wird einem bewusst: Ich bin Teil einer weltweiten wissenschaftlichen Community – und darf meine eigene Arbeit hier vorstellen.“

Auch persönliche Begegnungen gehören dazu: In San Diego traf sie einen langjährigen Kollegen wieder, den sie 2015 bei einer Summer School kennengelernt hatte und mit dem sie seither in Kontakt geblieben war – heute Assistant Professor of Neuroscience an der Universidade Federal do Rio de Janeiro. „Solche Wiedersehen zeigen, wie wichtig Netzwerke in der Wissenschaft sind.“

Erste SfN-Erfahrung – und gleich eine Auszeichnung

Für Dr. Anna-Lena Wießler war das Meeting 2025 in San Diego die erste Teilnahme. Dort präsentierte sie ihre Forschung zu Glycinrezeptor-vermittelten neurologischen Erkrankungen in zwei Poster-Sessions.

„Es war eine großartige Erfahrung, meine Arbeit vorzustellen und mit führenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus der ganzen Welt zu diskutieren“, berichtet sie. Besonders wertvoll sei das direkte Feedback gewesen.

Eine besondere Anerkennung erhielt sie mit dem Trainee Professional Development Award, der Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler für ihre wissenschaftliche Arbeit und Entwicklung auszeichnet.

Inspiration durch die Vielfalt der Neurowissenschaften

Auch für Doktorandin Margarita Habib war das Treffen ein prägendes Erlebnis. Sie präsentierte ihre Arbeit zum Pathomechanismus neuropathischer Schmerzen durch Anti-CASPR2-Autoantikörper.

„Als Doktorandin ist eine so große internationale Konferenz eine großartige Gelegenheit, die eigene Forschung vorzustellen, Feedback von einem breiteren Publikum zu bekommen und das eigene Netzwerk zu erweitern“, sagt sie.

Gleichzeitig habe sie besonders die enorme thematische Vielfalt beeindruckt: „Das Meeting war sowohl spannend als auch überwältigend – allein wegen seiner Größe und der großen Bandbreite an Forschung. Auch wenn nicht alles direkt mit meinem eigenen Thema zu tun hatte, war es sehr inspirierend, die Breite des Fachs zu erleben und sich mit erfahrenen Forschenden aus aller Welt auszutauschen.“

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21.11.2025

DFG verlängert Förderung für SFB TRR225 „Biofab“ – Würzburger Neurobiologie beteiligt

Der Sonderforschungsbereich/Transregio 225 „From the Fundamentals of Biofabrication towards Functional Tissue Models (Biofab)” mit Beteiligung der Universität Würzburg wird für weitere drei Jahre von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Der Forschungsverbund hat in den ersten Förderperioden bedeutende Ergebnisse erzielt und startet nun in seine dritte Phase (2026–2029) mit einer bewilligten Fördersumme von voraussichtlich rund 14 Millionen Euro.

PD Dr. Dr. Natascha Schäfer (links) ist Mitverantwortliche des Projekts „Bio-printed fiber-reinforced spinal cord tissue models for studying neurodegenerative diseases“. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung fortschrittlicher 3D-Modelle von Rückenmarksgewebe zur besseren Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen.

Der SFB TRR225 wird gemeinsam von den Universitäten Würzburg (Sprecheruniversität), Bayreuth und Erlangen-Nürnberg getragen. Sprecher des Verbunds ist Prof. Dr. Jürgen Groll, Leiter des Lehrstuhls für Funktionswerkstoffe der Medizin und der Zahnheilkunde am Universitätsklinikum Würzburg.

Im Zentrum der Arbeiten stehen automatisierte 3D-Druck- und Biofabrikationsverfahren, mit denen lebende Zellen und Biomaterialien zu funktionsfähigen Gewebekonstrukten verarbeitet werden können. Diese biofabrizierten Modelle ähneln menschlichem Gewebe, reifen funktional aus und bieten neue Perspektiven – von der Reduktion von Tierversuchen über innovative Ansätze in der Pharma- und Krebsforschung bis hin zu langfristigen Anwendungen in der regenerativen Medizin.

Seit seiner Gründung im Jahr 2018 hat der Verbund bedeutende wissenschaftliche Erfolge erzielt: Mehr als 360 Publikationen, dreizehn Patentanmeldungen sowie ein erfolgreich wachsendes Spin-off belegen die wissenschaftliche und technologische Relevanz des Projekts.

In der kommenden Förderperiode liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Optimierung der Reifung biofabrizierter Gewebemodelle, insbesondere von Modellen des zentralen Nervensystems sowie Anwendungen in der Infektionsforschung.

Würzburger Beiträge im SFB TRR225

Aus der Klinischen Neurobiologie sind zwei Projekte im Verbund vertreten:

Prof. Dr. Carmen Villmann ist an der Leitung des Projekt „Ultraweak hydrogels for molecular and biological functional analyses of cell-matrix and cell-cell 3D networks in neuronal cell culture systems“ (C05) beteiligt. In diesem Verbundteil werden ultra-weiche Hydrogele und 3D-Co-Kultursysteme genutzt, um Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionen zwischen neuronalen Zellen und Tumorzellen zu untersuchen, einschließlich ihrer biomechanischen Wechselwirkungen und ihrer Rolle bei Tumorprogression.
Project C05 - SFB TRR 225 biofab

PD Dr. Dr. Natascha Schäfer ist Mitverantwortliche des Projekts „Bio-printed fiber-reinforced spinal cord tissue models for studying neurodegenerative diseases“ (B10). Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung fortschrittlicher 3D-gedruckter Rückenmarks-Gewebemodelle, die mit fibrillären Strukturen angereichert sind. Diese sollen die weiche, anisotrope Umgebung des Rückenmarks nachbilden und neuronales Wachstum, Netzwerkbildung und krankheitsrelevante Mechanismen besser erforschen helfen – weit über das hinaus, was mit klassischen 2D-Systemen möglich ist.
Project B10 - SFB TRR 225 biofab

Beide Projekte leisten einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung neuronaler 3D-Zellmodelle und stärken die neurobiologische Forschung im Gesamtverbund.

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