Dr. Oliver Bruns

Von der Weitwinkelperspektive zur Detailansicht

Grenzgänger zwischen Forschungsfeldern: Dr. Oliver Bruns kombiniert neueste Technologien verschiedenster Fachrichtungen, um Vorgänge im lebenden Organismus sichtbar zu machen. Seit Januar 2018 hat er hierfür das ideale Umfeld am Helmholtz Pioneer Campus des Helmholtz Zentrum München.

Bild: Dr. Oliver Bruns. Quelle: Carolin Jacklin Photography

Was nach Science Fiction klingt und bisher als Technologie im Militär genutzt wurde, hat  Dr. Oliver Bruns umfunktioniert und optimiert. Das Ergebnis: Der Körper wird transparent und beispielsweise biochemische Prozesse im lebenden Gewebe können live beobachtet werden. Bruns will so medizinische Standards, insbesondere klinische Diagnosen revolutionieren. Der 38-Jährige nennt es „einen Trick“, wenn er beschreibt wie er Lipoproteine mit Nanopartikeln markiert und so im Infraroten eine Vielzahl von Geweben fluoreszieren lässt. „Spezielle Fluoreszenzmikroskope und sich ständig weiter entwickelnde Infrarotkameras, die 60 Bilder und mehr pro Sekunde erzeugen, ermöglichen, jedes Detail fast ohne chirurgische Eingriffe dreidimensional zu beobachten“, schwärmt der Forscher.

Bruns selbst entwickelt die Markierungen entsprechend der gewünschten Zielstruktur. Der Biochemiker hat dafür den idealen Background: Bereits während seines Studiums hat er Nanopartikel entwickelt, um die Biologie tief im Inneren von Geweben sichtbar zu machen – und hat damit Pionierarbeit geleistet. Im Anschluss hat Bruns nicht nur seinen Standort von Hamburg über Barcelona nach Cambridge, USA ans Massachusetts Institute of Technology (MIT) verlegt, sondern auch fachlich immer wieder Neuland betreten: Aus der strukturellen Biologie und Biochemie kommend, befasste er sich mit Chemie sowie mit Material- und Ingenieurwissenschaften, mit Stoffwechselprozessen und immer wieder mit der Anwendung in der Bildgebung. Imaging zieht sich wie ein roter Faden durch seine Laufbahn. Schon als Kind versuchte er tiefere Einblicke zu bekommen. „Allerdings war damals mein Mikroskop sehr schlecht“, erinnert sich Bruns. Mithilfe der Nanopartikel und Infrarottechnik hat er nun selbst für einen besseren Durchblick gesorgt. Aber nicht nur, um sein eigenes Interesse zu befriedigen, sondern um Diagnose und Therapie von Patienten zu verbessern. „Die direkte Translation in die Anwendung steht bei mir im Vordergrund.“

Bisher hat der Pionier Technologien entwickelt, mit der Mittelohrentzündungen bei Kleinkindern erstmals gesichert diagnostiziert werden und Stoffwechselprozesse in gesundem und erkranktem Gewebe sichtbar gemacht werden können. Alle Verfahren helfen, Diagnose und Therapie zu optimieren und im Falle des braunen Fettgewebes beispielsweise sogar präventive Möglichkeiten im Kontext von Diabetes zu erschließen. „Braunes Fettgewebe verbrennt Kalorien, um Wärme zu erzeugen. Wenn wir beobachten und verstehen können, durch welche Wirkstoffe dieses aktiviert wird, hätten wir ein wichtiges Stellglied, um Adipositas zu behandeln und so das Diabetesrisiko zu reduzieren“, erklärt Bruns.

Ab Januar 2018 kann der Pionier seine Leidenschaften Imaging und Translation uneingeschränkt weiterentwickeln. Am Helmholtz Pioneer Campus (HPC) startet er das erste Team: „SWIR Imaging“, dies steht für ShortWave InfraRed Imaging. „Hier arbeite ich mit Biologen, Chemikern, Ingenieuren und Medizinern zusammen, habe die neueste Technik und die Freiheit ohne zwingende Lehraufträge und mit minimaler Administration ganz in die Forschung einzutauchen“, beschreibt Bruns sein neues Arbeitsumfeld. „Mit meinem wachsenden Team kann ich endlich viele meiner Ideen realisieren: Hier arbeiten hochspezialisierte Fachleute verschiedener Disziplinen zusammen, sodass wir flexibel auf unerwartete Herausforderungen reagieren können.

Offen für Neues sein und dabei die großen Ziele nicht aus dem Blick verlieren, diese Fähigkeit sieht Bruns als Motor für Innovation. Der Vollblutwissenschaftler brennt für seine Arbeit, einen Ausgleich braucht er nicht: „Wenn ich mich auf meine Forschung fokussieren kann und nicht durch administrative Tätigkeiten abgehalten werde, bin ich glücklich. Mein Akku lädt sich dann automatisch auf und bin ich voller Energie!“

Weitere Informationen

Der Helmholtz Pioneer Campus (HPC) ist eine aufstrebende, unternehmerisch-orientierte Initiative, verankert am Helmholtz Zentrum München und Teil der Helmholtz Gemeinschaft, Deutschlands größter Forschungsorganisation. Im HPC werden biomedizinische Wissenchaft, Ingenieurstechnik und Informationstechnologien in einem für Europa einmaligen Forschungsumfeld verbunden. Forscher des HPC tragen federführend zu grundlegend neuen Erkenntnissen der Biomedizin bei. Gemeinsam arbeiten hier international führende Talente an neuen Ansätzen und Lösungen, die die Prävention, Diagnose und Therapie insbesondere metabolisch-bedingter Erkrankungen transformieren.

Publikationen:

Technology development:
Bruns OT*, Bischof TS*, Harris DK, Franke D, Shi Y, Riedemann L, Bartelt A, Jaworski FB, Carr JA, Rowlands CJ, Wilson MWB, Chen O, Wei H, Hwang GW, Montana DM, Coropceanu I, Achorn OB, Kloepper J, Heeren J, So PTC, Fukumura D, Jensen KF, Jain RK, Bawendi MG, Next-generation in vivo optical imaging with short-wave infrared quantum dots, Nature Biomedical Engineering 1, Article number: 0056 (2017)

Clinical application:

Carr JA, Valdez TA, Bruns OT, Bawendi MG, Using the shortwave infrared to image middle ear pathologies. PNAS, 2016 Sep 6;113(36):9989-94.

Biomedical application:
Bartelt A, Widenmaier SW, Schlein C, Johann K, Goncalves RL, Eguchi K, Fischer AW, Parlakgül G, Snyder N, Nguyen TB, Bruns OT, Franke D, Bawendi MG, Lynes MD, Leiria LO, Tseng YH, Inouye K, Arruda AP and Hotamisligil GS. Brown adipose tissue thermogenic adaptation requires Nrf1-mediated proteasomal activity. Nature Medicine, 2018 Epub Feb 5

Technology development
:
Bruns OT
*, Ittrich H, Peldschus K, Kaul MG, Tromsdorf UI, Lauterwasser J, Nikolic MS, Mollwitz B, Merkel M, Bigall NC, Sapra S, Reimer R, Hohenberg H, Weller H, Eychmüller A, Adam G, Beisiegel U, Heeren J, Real-time magnetic resonance imaging and quantification of lipoprotein metabolism in vivo using nanocrystals, Nature Nanotechnology, 2009 Mar;4(3):193-201.

Biomedical application:
Bartelt A, Bruns OT, Reimer R, Hohenberg H, Ittrich H, Peldschus K, Kaul MG, Tromsdorf UI, Weller H, Waurisch C, Eychmüller A, Gordts PLSM, Rinninger F, Bruegelmann K, Freund B, Nielsen P, Merkel M and Heeren J, Brown adipose tissue activity controls triglyce ride clearance. Nature Medicine, 2011 Feb;17(2):200-5