Prof. Dr. Oliver Friedrich

Institute of Medical Biotechnology

The Institute of Medical Biotechnology designs and engineers new systems technologies that allow to investigate and manipulate optical and mechanical properties of biological tissues in health, disease and tissue engineering.

Research projects

  • Optical technologies
  • Opto-Biomechatronics
  • Bioreactor technologies
  • Multiphoton endoscopy technologies
  • Image processing, pattern recognition & AI
  • Label-free optical metrologies for tissue diagnostics
  • Multidimensional cell and tissue stretch systems technologies for mechanobiology
  • Bioprocess engineering for optical tissue clearing
  • High pressure biotechnology
  • Robophotonics

Current Projects

  • Entwicklung eines parallelisierten isotropen Zelldehnungssystesms ("MultiStretcher) für mechanobiologisch und medizinische Anwendungen

    (Third Party Funds Single)

    Term: 1. December 2023 - 30. November 2026
    Funding source: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018)
  • Multiphoton imaging with computational specificity

    (Third Party Funds Single)

    Term: 1. July 2023 - 30. June 2025
    Funding source: EU - 9. Rahmenprogramm - Horizon Europe
  • Autonomer Bioreaktor mit mikrosensorischer online Überwachung, digitaler Feedback-Regelung und Kompressions-Aktuierung für künstliche Knochengewebe

    (Third Party Funds Single)

    Term: 15. February 2022 - 14. February 2025
    Funding source: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018)

    Das Ziel des Projekts BioBone ist die Realisierung eines innovativen Reaktorkonzepts (Smart Reaktor) mit

    Kompressions-Aktorik und Perfusions-Steuerung sowie neuartiger Sensorik zur kontrollierten Zucht von

    artifiziellem, pseudo-vaskularisiertes 3D-Knochengewebe. Die neuartige Sensorik liefert als technischer

    Rezeptor Informationen zu den wesentlichen physiologischen Parametern aus den inneren, ansonsten

    unzugänglichen Bereichen, des Gewebes. Die Messwerte dieser neuartigen Sensoren/Rezeptoren werden

    analog zu den biologischen Botenstoffen genutzt, um die Zufuhr von Nährstoffen bedarfsgerecht nach zu

    regeln. Die Simulation mechanischer Belastungen durch Kompression induzieren im Knochengewebe

    biochemische und -physikalische Prozesse, die für den Aufbau von künstlicher Knochensubstanz mit

    ausreichender Qualität und Robustheit essenziell sind. Obwohl die physiologischen Grundlagen zu dem

    Phänomen, dass mechanische Beanspruchung den Aufbau und die Stärkung von Knochensubstanz fördert,

    gut verstanden sind, ist bislang ein effizienter Wissenstransfer in eine in vitro Bioprozessumgebung zur

    Herstellung von künstlicher 3D Knochensubstanz nicht gelungen. Dies ist angesichts des immensen Bedarfs

    an künstlichem Knochengewebe ein eklatanter Missstand in der Regenerativen Medizin und Orthopädie. Der

    geplante Smart Reaktor des Projekts BioBone soll diese Technologielücke schließen. Neben Kompressions-

    Aktorik und Perfusions-Steuerung wird der BioBone Smart Reaktor mit neuartigen technischen Rezeptoren

    versehenen sein, wodurch kontrollierte Belastungsvarianten erzeugt werden können, um positive Effekte auf

    die Proliferation der Zellen und funktionelle osteogene Differenzierung zu bewirken. Im Ergebnis sollen

    Knochenkonstrukte (bone grafts) mit hoher, kontrollierter und gleichbleibender Qualität erzeugt werden

    können.

    PreSens wird im Projekt neue O2, pH und CO2 Sensormaterialien zur Verwendung in den neuartigen optoelektronischen

    Rezeptoren zur Erfassung energiemetabolischer Parameter innerhalb von 3D

    Gewebekonstrukten erforschen und anschließend auf 3D-gedruckte Lichtleiter als Informationsleitung

    aufbringen. Über zu etablierende optische Schnittstellen werden die Sensorsignale an ein zu erforschendes

    Detektionssystem mit opto-elektronischer Ausleseeinheit und Software zur Digitalisierung der Signale

    übertragen und dort analysiert. Durch die Echtzeitüberwachung zentraler metabolischer Parameter (O2, pH,

    CO2) mittels der neuartigen opto-elektronischen Rezeptoren bei der Anzucht künstlicher Knochengewebe im

    Bioreaktor, wird zudem ein besseres Verständnis der Gewebereifung und dadurch schlussendlich eine

    effektivere Knochenbildung erreicht werden.

    Die 2mag AG wird auf Basis eines Testreaktors "cell compression device" ein im Hinblick auf die

    Kraftübertragung und Fluidik optimiertes Reaktorkonzept erforschen. Wichtiges Augenmerk liegt hierbei auf der

    Langzeitsterilität des Reaktors sowie der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Diese Arbeiten erfolgen in enger

    Kooperation mit dem Partner MBT der FAU Erlangen, an welchem Simulationsmodelle der Kompression, der

    Krafteinwirkung und des Perfusionsverhaltens etabliert werden.

    Der Lehrstuhl Medizinische Biotechnologie (MBT) der FAU Erlangen stellt Zellkultur-Infrastruktur und Knowhow

    im Bereich Scaffolds für in vitro Gewebezucht und biochemische und mikroskopische Nachweisverfahren

    sowie einen ersten Test-Bioreaktor bereit. Die technischen Sensoren von PreSens sollen in eine „bone graft“

    Umgebung eingebunden und der Test-Bioreaktor in enger Zusammenarbeit mit der 2mag weiterentwickelt

    werden. Ferner soll eine Steuerungs-Optimierung mit Einrichtung einer Daten Feedback-Schleife aus

    Mikrosensorik zurück zur Bioreaktor-Kompression/-Fluidik eingerichtet werden. Ziel ist ein selbstlernendes

    System, das autonom die Aktorik und Fluidik reguliert, wobei Methoden künstlicher Intelligenz eingesetzt

    werden.

Recent publications

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