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Ausgabe 189

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ÖSTERREICH JOURNAL NR.

ÖSTERREICH JOURNAL NR. 189 / 31. 10. 2019 Wissenschaft & Technik Bio-Chip untersucht mechanische Verletzungen 100 Was passiert, wenn lebendes Gewebe mechanisch beschädigt wird und sich wieder regeneriert? Auf einem Chip kann man das nun genau untersuchen, durch ein Patent der TU Wien. Eine kleine Verletzung im Gewebe kann große Auswirkungen haben. Viele unserer körperlichen Beschwerden hängen mit biomechanischen Einwirkungen zusammen – von Verletzungen der Haut bis hin zu Ge - lenks- oder Knorpelentzündungen, die durch übermäßige Beanspruchung entstehen. Winzige Gewebeschäden waren bisher allerdings schwer zu untersuchen, nicht zu - letzt deshalb, weil der Heilungsprozeß individuell sehr unterschiedlich sein kann. An der TU Wien wurde nun eine Methode entwickelt, Gewebe in scheckkartengroßen Bio-Chips zu züchten und auf genau definierte Weise mechanischem Streß auszusetzen. Das ermöglicht nicht nur wichtige Grundlagenforschung über Gewebsverletzungen, es öffnet auch die Tür zu besserer individualisierter Medizin: Im Laborversuch kann man etwa ausprobieren, welche Medikamente für eine bestimmte Person am besten sind. Foto: TU Wien Genau definierte Verletzungen „Wir haben in unserem Labor mittlerweile viel Erfahrung mit der Herstellung von Geweben – von Knorpeln über Blutgefäße bis hin zu Hautgewebe“, sagt Prof. Peter Ertl, Leiter der Cell-Chip-Forschungsgruppe am Institut für angewandte Synthesechemie der TU Wien. „Wenn man allerdings wissen will, wie diese Gewebe auf mechanischen Streß reagieren, dann muß man einen Weg finden, den Gewebeproben auf sehr kontrollierte und exakt reproduzierbare Weise bestimmte Verletzungen zuzufügen. Genau das macht un - ser Bio-Chip nun möglich.“ Die Bio-Chips in Peter Ertls Labor bestehen aus transparentem Kunststoff. Sie enthalten Kammern im Durchmesser von wenigen Millimetern, in denen man Gewebe wach - sen läßt. Außerdem kann das Gewebe durch feine Leitungen mit Nährstoffen oder auch mit Medikamenten versorgt werden. Um me - chanische Verletzungen hervorzurufen, wur - de direkt in den Chip eine dünne Membran eingebaut, an der ein fester Mikro-Stempel befestigt ist. Mit Druckluft kann man die Die Bio-Chips in Peter Ertls Labor bestehen aus transparentem Kunststoff. Sie enthalten Kammern im Durchmesser von wenigen Millimetern, in denen man Gewebe wachsen läßt. Membran von außen ansteuern und damit den Stempel ins Gewebe pressen. „Damit ist nun alles möglich, von einer leichten Gewebemassage bis zum Stanzen von Löchern“, sagt Peter Ertl. Damit kann man wichtige Fragen beantworten, die man mit anderen Methoden, beispielsweise in Tierversuchen, gar nicht un tersuchen könnte. Man kann im Bio-Chip et wa genau dieselbe Stelle mehrfach verwunden und dadurch herausfinden, wie das Ge webe auf wiederholte schwere Belastung reagiert. Maßgeschneiderte Medizin Ganz besonders interessant ist die Bio- Chip-Methode allerdings unter dem Ge - sichtspunkt der individualisierten Medizin: „Wenn man heute Verletzungen behandelt, dann kann man sich nur nach Durchschnittswerten richten, die bei statistischen Auswertungen ermittelt wurden“, sagt Peter Ertl. „Manchmal ist das aber nicht gut genug. Eine Medikamentendosis, die bei einer Person noch gar keine Auswirkungen hat, ist für jemand anderen vielleicht schon zu viel.“ Gerade für schwierige, chronische Fälle bietet die Bio-Chip-Technologie die Möglichkeit, ganz individuell die beste Lösung herauszufinden. Man kann Zellen entnehmen, sie in Bio-Chips zu mehreren kleinen Gewebestücken heranwachsen lassen und dann präzise austesten, welche Behandlung in diesem konkreten Fall die beste ist. Diese Bio-Chip-Technologie zur Untersuchung mechanischer Gewebsverletzungen wurde bereits patentiert. „Wir wollen nun mit Firmen aus dem Biotechnologie-Bereich zu - sammenarbeiten, um die Technologie auf leicht anwendbare Weise auch anderen Forschungslabors zur Verfügung stellen zu können“, sagt Peter Ertl. „Der Bedarf dafür ist jedenfalls da – wir wollen mit unserer Technologie nun einen wichtigen Schritt in Richtung der individualisierten Medizin möglich machen.“ n https://www.tuwien.at/ »Österreich Journal« – http://www.oesterreichjournal.at

ÖSTERREICH JOURNAL NR. 189 / 31. 10. 2019 Wissenschaft & Technik Innsbrucker Quantencomputer in der Cloud 101 Forscher und Industriepartner können ihre Quantensoftware problemlos auf den Innsbrucker Quantencomputern ausführen. Foto: M. R. Knabl v.l.: Prof. Peter Zoller (Uni Innsbruck), Markus Hoffmann (Google) und Thomas Monz (AQT) Die Quantencomputer von Alpine Quantum Technologies (AQT) und Universi - physikalische Plattformen, auf denen sich von Quantencomputern. Es gibt mehrere tät Innsbruck unterstützen jetzt das Google- ein zukünftiger Quantencomputer aufbauen Framework Cirq für die Entwicklung von lässt. AQT verfolgt einen Ansatz basierend Quantenalgorithmen. Damit können Forscher auf gefangenen Ionen und Google favorisiert und Industriepartner aus aller Welt ihre supraleitende Elektronik. Jeder Ansatz weist Quantensoftware auf den Innsbrucker Quantencomputern ausführen. kungen auf, die sich in der Regel in verschie- unterschiedliche Funktionen und Einschrän- Quantencomputer versprechen, Probleme denen, vom Gerät abhängigen Programmiersprachen widerspiegeln. Diese Mischung zu lösen, die für heutige Supercomputer un - erreichbar sind. Das Programmieren von von Programmiersprachen erschwert es Quantencomputern unterscheidet sich grund - Soft wareentwicklern und Programmierern, legend von den heute verwendeten Methoden und erfordert daher neue Programmierwenden und die Fähigkeiten verschiedener diese Quantencomputer-Prototypen zu versprachen. Eine Zusammenarbeit von Alpine Architekturen zu erkunden. Quantum Technologies (AQT) und der Universität Innsbruck ermöglicht den direkten Quantum Innsbruck und Quantum Zugriff auf den Ionenfallen-Quantencomputer in Innsbruck über Cirq. Cirq ist ein von Munich Google entwickeltes Framework, das sich auf die Entwicklung und Implementierung von Quantenalgorithmen konzentriert. Mit Cirq können Quantenalgorithmen für die verschiedenen Hardwarearchitekturen, supra - leitende Elektronik und gespeicherte Ionen untersucht werden. Quantencomputer und Software Mehrere Forschungseinrichtungen und Un ternehmen arbeiten an der Realisierung Cirq, ein von Google entwickeltes Python-Framework, dient zum Erstellen, Bearbeiten und Aufrufen von NISQ-Schaltkreisen (Noisy Intermediate Scale Quantum). Markus Hoffmann von Google München erklärt: „Es ist toll zu sehen, wie Cirq im Geiste der Open Source-Lizenz Apache 2.0 eingeführt und für weitere Hardwareplattformen zugänglich gemacht wurde. Die Bibliothek unterstützt mehrere Hardware- Architekturen, die auf supraleitenden elek - tronischen und atomaren Systemen basieren. Jetzt können Forscher und Industriepartner ihre Quantensoftware problemlos auf den Innsbrucker Quantencomputern ausführen. Schüler und Studierende sind in der Lage, ihr Wissen zum Ausführen von Quantenalgorithmen auf tatsächlicher Hardware aufzubauen.“ Diese Bemühungen kommen neben der Forschung auch dem Quantencomputer- Staktup AQT in Österreich zugute. CEO Tho - mas Monz freut sich, „eine so einfache und effektive Schnittstelle zwischen internationalen Quanten-Software-Entwicklern und unserer in Innsbruck ansässigen Quanten- Computer-Infrastruktur bereitzustellen, um die Realisierung einer ganzen Sammlung von Quantenanwendungen für Forschungsund Industriepartner zu ermöglichen.“ Philipp Schindler an der Universität Innsbruck ist überzeugt, daß die Schnittstelle neue Kooperationen mit Forschungspartnern auf der ganzen Welt ermöglichen wird. Quanten-Startup AQT AQT ist ein in Innsbruck ansässiges Quantencomputer-Startup, das auf jahrzehntelanger experimenteller und theoretischer Expertise auf dem Gebiet der Quanteninformationsverarbeitung aufbaut. Das Ziel von AQT ist es, Quantentechnologien aus einer Laborumgebung herauszuholen und diese Technologien in Alltagsprodukte umzuwandeln. Das langfristige Ziel ist ein Quantencomputer, der auf gespeicherten Ionen ba - siert und problemlos von jedem PC oder Lap top aus bedient werden kann. Das Quantenzentrum an der Universität Innsbruck Die Arbeitsgruppen an der Universität Innsbruck arbeitet unter anderem an Uhren, Sensoren, Simulatoren und Quantencomputern mit Ionenfallen. Zusammen mit der Ös - terreichischen Akademie der Wissenschaften bildet die Universität Innsbruck ein international anerkanntes Zentrum für Quantenforschung. n https://www.uibk.ac.at/ https://www.aqt.eu/ »Österreich Journal« – http://www.oesterreichjournal.at

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