EU-Förderung für Projekte aus Lebenswissenschaften, Mathematik, Medizin und Quantenwissenschaften

Zehn ERC Starting Grants für Forschende der TUM

Im Verlauf einer Multiplen Sklerose (MS) leben Patientinnen und Patienten meist mit zunehmenden körperlichen Einschränkungen. Diesen Prozess können auch moderne Behandlungen, die Entzündungsschübe wirksam bremsen, bislang nicht aufhalten. Die molekularen Mechanismen dahinter sind bislang nicht vollständig aufgeklärt. Eine mögliche Schlüsselrolle spielen Astrozyten, wichtige Stützzellen im Gehirn und Rückenmark: Sie versorgen Nervenzellen mit Nährstoffen, regulieren deren empfindliches Umfeld und helfen, Entzündungen einzudämmen. PD Dr. med. Ali Maisam Afzali vermutet, dass diese Zellen bei dauerhafter Entzündung in eine Art Erschöpfungszustand geraten – ähnlich wie ein Mensch, der über lange Zeit überlastet ist – und dadurch ihre schützende Funktion verlieren. Im Projekt AXhaustMS will Dr. Afzali anhand eines Mausmodells mit modernen Analyseverfahren herausfinden, welche Veränderungen in erschöpften Astrozyten auftreten und ob sie sich rückgängig machen lassen. Langfristig könnte das Projekt neue Behandlungsansätze eröffnen, die bei MS nicht nur das Immunsystem bremsen, sondern auch die Astrozyten wieder funktionsfähiger machen. Sollte sich dieses Prinzip bestätigen, könnte es weit über MS hinaus neue Therapien für fortschreitende neurologische Erkrankungen ermöglichen.

PD Dr. med. Ali Maisam Afzali ist Nachwuchsgruppenleiter am Institut für Experimentelle Neuroimmunologie (ENI) der TUM und Oberarzt in der Neurologischen Klinik und Poliklinik am TUM Klinikum.

Van-der-Waals-Magnethalbleiter sind magnetisch, fungieren aber auch als Halbleiter. Sie enthalten „Exzitonen“, optische Quasiteilchen, sowie „Magnonen“, magnetische angeregte Quasiteilchen. Im Projekt „WAVES“ untersuchen die Forschenden gekoppelte Quasiteilchen in Festkörpern. Durch Kombination von optischen Lasern mit Mikrowellen und Magnetfeldern lassen sich Exzitonen und Magnonen präzise steuern. Das Ziel ist, mithilfe einer neuen (stroboskopischen) Bildgebungstechnik Experimente der Quantenphysik nachzustellen sowie den Exzitonentransport mithilfe ultraschneller Mikroskopie besser zu erforschen. Milhilfe von ultradünnen Proben wollen die Forschenden neue Zusammenhänge zwischen Exzitonen, Magnonen und Transportphänomenen im Zusammenhang mit der Quantenmetrik finden und in einem ganzheitlichen Ansatz beide Quasiteilchen räumlich und zeitlich messen, um neuartige Wechselwirkungseffekte nachzuweisen. Die Forschenden versprechen sich von WAVES neue Erkenntnisse an den Grenzen der Halbleiterphysik, des Magnetismus und der Optik sowie mehr Klarheit über das Potenzial von Quasiteilchen in Festkörpern.

Dr. Florian Dirnberger forscht in der Forschungsgruppe für Exzitonische Quantenmaterialien an der TUM School of Natural Sciences.

Die Leber erfüllt zahlreiche Aufgaben im Körper und besitzt eine außergewöhnliche Regenerationsfähigkeit. Mit zunehmendem Alter nimmt diese jedoch ab. Warum das geschieht, ist bislang ungeklärt. Bisher konzentrierte sich die Forschung vor allem auf Veränderungen der epithelialen Vorläuferzellen – regenerationsfähiger Zellen der Leber, die bei Gewebeschäden zur Erneuerung des Organs beitragen können. Anna Dowbaj vermutet, dass die nachlassende Regenerationsfähigkeit nicht allein auf Veränderungen dieser Zellen zurückzuführen ist, sondern auch auf eine gestörte Kommunikation mit ihrer zellulären Mikroumgebung - der Nische. Diese liefert wichtige Signale für die Gewebereparatur. Dowbajs These: Im Alter werden diese Signale fehlerhaft oder unzureichend. Im Projekt AgingNiche prüft sie diese Annahme mithilfe neuartiger Leberorganoide. Dabei untersucht sie, wie sich die Signalübertragung im Laufe des Alterns verändert und ob gezielte Eingriffe in bestimmte Signalwege die Regenerationsfähigkeit der Leber wiederherstellen können.

Anna Dowbaj ist Professorin für Integrated Organois Systems an der TUM School of Life Sciences. Sie ist außerdem Mitglied des TUM Center of Organoid Systems and Tissue Engineering (COS).

Wenn Menschen auch in der Stadt vielfältige Natur erleben, profitieren oft beide Seiten: das menschliche Wohlbefinden und die biologische Vielfalt. Auch Studien deuten darauf hin, dass ökologische und psychologische Resilienz eng miteinander verknüpft sind. Wie genau sich diese positiven Wechselwirkungen zwischen Mensch und Natur entwickeln und unter welchen Umständen sie gedeihen können, ist bislang jedoch nur unzureichend verstanden. Im Projekt GardeningResilience möchte Monika Egerer diese Zusammenhänge in unterschiedlichen städtischen Umgebungen genauer erforschen. Drei Fragen stehen im Zentrum des Projekts: Wie wirken sich unterschiedliche Maßnahmen zur Förderung der Biodiversität auf die Leistung und Resilienz der städtischen Ökosysteme aus? Wie beeinflussen Naturerfahrungen und die Beteiligung an biodiversitätsfördernden Maßnahmen Naturverbundenheit, mentales Wohlbefinden und Naturschutzengagement? Unter welchen Bedingungen verstärken sich positive Kreisläufe zwischen Biodiversität und menschlichem Wohlbefinden selbst?

Monika Egerer ist Professorin für Urbane Produktive Ökosysteme an der TUM School of Life Sciences.

Tropische Wälder sind bedeutende Kohlenstoffspeicher und spielen eine Schlüsselrolle im globalen Klimasystem. Wie lange sie diese Funktion noch erfüllen können, ist jedoch unklar. Erste Studien deuten sogar darauf hin, dass sie im Zuge des Klimawandels zu einer Kohlenstoffquelle werden könnten. Mit seinem Projekt SISOTROP entwickelt Fabian Fischer neuartige Methoden, um diese Kohlenstoffvorräte und ihre zukünftige Entwicklung mit bislang unerreichter Genauigkeit zu überwachen und vorherzusagen. Dafür verknüpft er an 30 tropischen Forschungsstandorten hochauflösende Laserscans mit detaillierten Feldmessungen, die die Grundlage für Computer-Modelle des Waldwachstums bilden. Diese digitalen Zwillinge bilden Baum für Baum Wälder nach und simulieren, wie sich die Bestände unter verschiedenen Umwelt- und Klimabedingungen entwickeln. In einem weiteren Schritt wird untersucht, inwieweit sich die Erkenntnisse auf Basis globaler Datenbanken auf knapp 2.000 weitere tropische Wälder übertragen lassen. Das Projekt schafft damit eine verlässliche wissenschaftliche Grundlage für das Monitoring tropischer Wälder und liefert wichtige Erkenntnisse für ihren Schutz, ihre nachhaltige Nutzung sowie die Weiterentwicklung von Klima- und Vegetationsmodellen.

Fabian Fischer ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Ökosystemdynamik und Waldmanagement an der TUM School of Life Sciences.

2025 wurde erstmals eine maßgeschneiderte CRISPR-Gentherapie für einen einzelnen Menschen entwickelt und erfolgreich durchgeführt. Für die Gentherapie war das eine Art „Mondlandung“. Offen bleibt aber die entscheidende Frage: Wie wird Geneditierung skalierbar – also für viele Menschen nutzbar? Das gilt auch für erbliche Herzmuskelerkrankungen, von denen weltweit rund 18 Millionen Menschen betroffen sind. Bislang ist es aber nicht möglich, mutierte Gene direkt im menschlichen Herzen zu modifizieren. Schon der Transport der CRISPR-Werkzeuge ins Herz stellt eine Herausforderung dar. Zudem wäre es von Vorteil, mit einer Editierung gleich mehrere verschiedene Mutationen zu korrigieren, statt nur eine einzelne. Dies will Julian Grünewald im Projekt ONE2MANY angehen, um in Zukunft mehr Patientinnen und Patienten eine solche Therapie zu ermöglichen. Mit seinem Team will er mit KI-Unterstützung neue Geneditierungswerkzeuge und -verfahren entwickeln. Diese sollen, zunächst bei Mutationen des Gens LMNA, direkt eine ganze Gruppe von Mutationen korrigieren oder das ganze Gen ersetzen. Für den Transport ins Herz sollen neue Methoden auf Basis von Lipidnanopartikeln zum Einsatz kommen. Langfristig sollen hierbei skalierbare Behandlungsansätze und Werkzeuge entstehen, die sich auf andere erbliche Herzerkrankungen – und sogar darüber hinaus – übertragen lassen.

Julian Grünewald ist Professor für Gene Editing an der TUM School of Medicine and Health und leitet eine Forschungsgruppe am Center for Organoid Systems (COS) und an der Klinik und Poliklinik für Innere Medizin I (Kardiologie, Angiologie, Pneumologie) des TUM Klinikums.

Das Darmmikrobiom spielt eine zentrale Rolle für das Immunsystem. Wird es durch eine intensive Krebstherapie gestört, kann dies Folgen für die Immunabwehr haben: Manche Patientinnen und Patienten bauen dann nach Impfungen keinen ausreichenden Impfschutz auf. Warum dies geschieht, ist bislang nicht vollständig geklärt. Im Projekt MicroMM untersucht Romana Gerner diese Zusammenhänge bei Menschen mit multiplem Myelom, einer bösartigen Erkrankung des Knochenmarks. Nach einer autologen Stammzelltransplantation sind Mikrobiom und Immunsystem so tiefgreifend verändert, dass alle Impfungen wiederholt werden müssen – allerdings mit variierendem Erfolg. Gerner verfolgt die These, dass sowohl die individuelle Zusammensetzung des Mikrobioms als auch die von Darmbakterien produzierten Stoffwechselprodukte entscheidend beeinflussen, wie gut sich das Immunsystem regeneriert. Sie könnten mitbestimmen, ob Impfungen einen wirksamen Schutz aufbauen und wie erfolgreich der Körper verbliebene Tumorzellen kontrolliert. Ziel ist es, die Wechselwirkungen zwischen Mikrobiom, Immunregeneration und Impfantworten besser zu verstehen. Langfristig sollen diese Erkenntnisse dazu beitragen, Ansatzpunkte für gezieltere Therapien zu schaffen.

Romana Gerner ist Professorin für Clinical Microbiome an der TUM School of Life Sciences und am TUM Klinikum. Sie ist außerdem Mitglied von ZIEL, dem TUM Institute for Food & Health, und von TranslaTUM, dem Zentralinstitut für Translationale Krebsforschung.

Da Streuung und Absorption nur in den untersten 10 km der Atmosphäre relevant sind, können Satelliten zukünftig Quantenkommunikation über große Entfernungen ermöglichen. Dabei stößt die satellitengestützte Quantenkommunikation jedoch an ihre Grenzen: Die Satelliten nutzen nur schwache Laser, was zu einer geringen Datenrate führt. Zusätzlich kann die Quanteninformation nur nachts übertragen werden. Das Projekt QUCONAT will diese Hürden überwinden. Dafür entwickelt das Team um Prof. Tobias Vogl eine kompakte Einzelphotonenquelle, die gezielt einzelne Lichtteilchen erzeugt und auch unter Weltraumbedingungen funktioniert. Ein besonderer Filter soll ermöglichen, das Quantensignal selbst bei Tageslicht vom Sonnenlicht zu unterscheiden. Außerdem wird dadurch die effektive Datenrate deutlich erhöht. So könnten künftig kleinere Satelliten sichere Quantenverbindungen aufbauen und wichtige Bausteine für ein europäisches Quanteninternet liefern. Auch mobile Systeme für direkte Verbindungen in Städten sind damit denkbar.

Tobias Vogl ist Professor für Quantum Communication System Engineering an der TUM School of Computation, Information and Technology.

Zellen verändern sich ständig – doch viele dieser Veränderungen bleiben unsichtbar, weil aktuelle Methoden nur Momentaufnahmen erfassen können. Zwar können sie zeigen, welche Gene in einzelnen Zellen aktiv sind und wo sich diese Zellen im Gewebe befinden. Zeitliche Entwicklungen werden jedoch nur indirekt erfasst, indem verschiedene Proben zu unterschiedlichen Zeitpunkten verglichen werden. Dabei gehen wichtige Informationen verloren. Dr. Felix Sigmund und sein Team wollen mit BIO-CACHE diese Lücke schließen. Die Plattform speichert biologische Informationen zu bestimmten Zeitpunkten direkt in den Zellen. Später können diese Informationen wieder ausgelesen werden. Dafür werden spezielle Kapsidstrukturen eingesetzt, die RNA oder Proteine aufnehmen und zudem Zeitmarkierungen tragen können. Damit lassen sich molekulare Veränderungen räumlich und zeitlich nachverfolgen. Forschende können so Entwicklungsprozesse, Krankheitsverläufe und komplexe Zellzustände besser untersuchen. Langfristig kann BIO-CACHE dazu beitragen, biologische Systeme besser zu verstehen und neue Therapieansätze zu entwickeln.

Dr. Felix Sigmund ist Wissenschaftler am Lehrstuhl für Neurobiological Engineering am Munich Institute of Biomedical Engineering (MIBE). Gleichzeitig ist er Gruppenleiter am Institut für Synthetische Biomedizin am Helmholtz Munich.

Quantencomputer stellen die heutige Kryptographie vor eine grundlegende Herausforderung: Viele der mathematischen Probleme, auf denen derzeit eingesetzte Verschlüsselungs- und Signaturverfahren beruhen, könnten durch leistungsfähige Quantencomputer effizient gelöst werden. Deshalb werden derzeit weltweit neue, quantenresistente Verfahren entwickelt und standardisiert. Eine der vielversprechenden Alternativen ist die codebasierte Kryptographie, deren Sicherheit auf schwierigen Problemen aus der mathematischen Codierungstheorie beruht.

Mit ihrem Projekt CODES – Cryptanalysis Of Decoding, Equivalence and algebraic Structure untersucht Prof. Violetta Weger die mathematischen Grundlagen dieser Sicherheit. Im Mittelpunkt stehen drei fundamentale Probleme: das Decodieren allgemeiner Codes, die Frage, wann zwei Codes äquivalent sind, und das Erkennen verborgener algebraischer Strukturen. Durch das Projekt soll besser verstanden werden, wie schwierig diese Probleme tatsächlich sind und welche mathematischen Eigenschaften für kryptographische Angriffe ausgenutzt werden können. Neue Methoden der Algebra, Codierungstheorie und Kombinatorik sollen so dazu beitragen, die Sicherheit zukünftiger Post-Quanten-Verfahren zuverlässiger beurteilen zu können.

Violetta Weger ist Rudolf-Mößbauer-Tenure-Track-Professorin für Angewandte Algebra an der TUM School of Computation, Information and Technology.

Der CO₂-Ausgleich basiert auf einem einfachen Konzept. Ein Unternehmen oder ein Land, das Schwierigkeiten hat oder es als zu kostspielig erachtet, seine eigenen Emissionen zu senken, bezahlt dafür, dass Emissionen an anderer Stelle vermieden oder beseitigt werden – beispielsweise durch den Schutz eines Waldes im Amazonasgebiet. Anschließend rechnet es die vermiedenen Tonnen an Emissionen gegen sein eigenes Klimaziel an. Das Problem ist, dass das verkaufte Produkt möglicherweise etwas ist, das gar nicht zustande gekommen ist. Käufer können es oft nicht überprüfen, und es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass viele Emissionszertifikate nicht halten, was sie versprechen. Im Rahmen des Projekts COMPASS will Dr. Benedict Probst mithilfe Künstlicher Intelligenz kontinuierlich und in großem Maßstab untersuchen, ob Emissionszertifikate tatsächlich die versprochenen Klimavorteile erzielen. Dabei will er ermitteln, wer Emissionszertifikate entwickelt, prüft, bewertet und kauft und welche Kombinationen von Akteuren immer wieder schwache Projekte hervorbringen. Zudem sollen große Sprachmodelle Tausende von Projektdokumenten und Unternehmensberichten untersuchen, und die Annahmen extrahieren, die hinter jeder Behauptung stehen. Probst will außerdem die geltend gemachten Emissionsminderungsergebnisse für verschiedene Projektarten neuberechnen und die Zertifikatskäufe Tausender Unternehmen mit ihrer tatsächlichen Dekarbonisierung vergleichen. Abschließend wird ermittelt, ob Reforminitiativen problematische Strukturen aufbrechen oder ob sich Akteure, die von niedrigen Standards profitieren, einfach nur anpassen.

Dr. Benedict Probst ist Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Innovation und Wettbewerb. Ab Oktober wird er die Professur für Net Zero Policies am TUM Campus Straubing innehaben.