Die Medaille konnte erst am 23. Mai 2023 verliehen werden.

Edward S. Boyden

Das Gehirn verstehen und reparieren

Das Gehirn, die komplexeste bekannte Struktur, steuert Gedanken, Emotionen und Identität, doch seine Erkrankungen, von denen über eine Milliarde Menschen weltweit betroffen sind, sind nach wie vor unheilbar. Die vom Boyden-Labor am MIT entwickelte Expansionsmikroskopie (ExM) revolutioniert die Kartierung des Gehirns, indem sie das Gewebe mit einer Substanz (ähnlich dem Material von Babywindeln) versetzt, welche sich wiederum bei Kontakt mit Wasser um das 100-fache oder mehr vergrößert. Dadurch bleiben Details im Nanobereich erhalten, was eine detaillierte Kartierung neuronaler Schaltkreise ermöglicht. ExM hat das Potenzial, die Behandlung von Hirnerkrankungen voranzutreiben und neue KI-Modelle zu inspirieren, indem es aufzeigt, wie das Gehirn Informationen verarbeitet.

Über die Neurowissenschaften hinaus verbessert ExM die Früherkennung von Krankheiten, indem es subtile Veränderungen in Biopsien vergrößern kann. ExM wird weltweit eingesetzt, um spezifische medizinische und biologische Herausforderungen anzugehen und eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und klinischen Anwendungen zu schlagen.

Edward S. Boyden (Massachusetts Institute of Technology)

Gerhard Schütz

Antigenerkennung von T-Zellen auf molekularer Ebene erschließen

T-Zellen erkennen einzelne Antigenpeptid/MHC-Komplexe (pMHC) unter Tausenden von endogenen pMHC über T-Zell-Rezeptoren (TCRs), doch die Mechanismen hinter dieser außergewöhnlichen Empfindlichkeit sind noch unklar. Prof. Schütz und sein Team an Forscher*innen untersuchten die TCR-Verteilung innerhalb der immunologischen Synapse mithilfe der Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie und erreichten dabei eine isotrope Präzision von <15 nm. Darüber hinaus untersuchten sie die Rolle mechanischer Kräfte bei TCR-pMHC-Wechselwirkungen, von denen angenommen wird, dass sie die Spezifität und Empfindlichkeit beeinflussen.

Um diese Kräfte zu quantifizieren, entwickelten sie einen kalibrierten FRET-basierten Sensor, der, gebunden an glasgestützte Lipid-Doppelschichten, entweder mit einem TCR-reaktiven Antikörperfragment oder einem peptidbeladenen MHC beladen war. Dieser Sensor ermöglichte die Messung der durch TCR ausgeübten Kräfte auf Einzelmolekülebene und erlaubte Rückschlüsse auf die Stärke, Richtung und Kinetik der Kräfte.

Gerhard Schütz (Technische Universität Wien)

Johann Georg Danzl

Den Aufbau des Gehirns mit Lichtmikroskopie verstehen

Die rund 86 Milliarden Neuronen des Gehirns bilden jeweils Tausende von Synapsen und schaffen so ein dichtes Netzwerk, das die Basis für die Informationsverarbeitung bildet. Während die Lichtmikroskopie das Potenzial für weitere Einsichten in den Aufbau des Gehirns und neuronale Aktivität hält, ist ihre Auflösung durch die Beugung von Lichtstrahlen auf einige hundert Nanometer limitiert, wodurch feine Zellstrukturen nicht erkennbar sind. Selbst Superauflösungstechniken haben Schwierigkeiten, die Architektur des Gehirns auf synaptischer Ebene zu rekonstruieren.

Der interdisziplinäre Ansatz von Prof. Danzls Forschungsgruppe kombiniert fortschrittliche optische Methoden, innovative Probenvorbereitung und Deep-Learning-Bildanalyse, um diese Grenzen zu überwinden. Durch die Integration dieser Werkzeuge wollen sie die Architektur des Hirngewebes – von einzelnen Synapsen bis hin zu großräumigen Netzwerken – in lebenden Systemen visualisieren. Diese Innovationen versprechen, Aufschluss über die Funktionsweise des Gehirns zu geben und wie sich seine Struktur zeitlich verändert.

Johann Georg Danzl (ISTA, Institute of Science and Technology Austria)

Kareem Elsayad

Entdeckung einer verborgenen Welt dynamischer Strukturen mithilfe hochauflösender optischer Mikrospektroskopie: biologische und medizinische Implikationen

Superauflösende und Expansionsmikroskopie haben die nanoskalige molekulare Architektur biologischer Systeme offenbart, doch ihre Funktionalität hängt entscheidend von physikalischen und mechanischen Eigenschaften ab, deren Bewertung nach wie vor eine Herausforderung darstellt. Am Vienna Biocenter und der Medizinischen Universität Wien werden hochauflösende optische mikrospektroskopische Ansätze entwickelt, um diese Dynamiken zu untersuchen.

Wellenlängen- und zeitaufgelöste mikrospektroskopische Methoden können Informationen über die mikroskopische Elastizität und Viskosität einer Probe offenbaren und Einsicht in molekulare Wechselwirkungen, mikromechanische Eigenschaften und teilweise den Materialphasenzustand gewähren. Diese Erkenntnisse vertiefen nicht nur das Verständnis von biologischen Funktionen und Pathologie, sondern sind auch vielversprechend für die medizinische Diagnostik und Prognostik. Durch die Kombination von Mikrospektroskopie mit anatomischen und strukturellen Informationen können physiologische Prozesse mit erhöhter Präzision modelliert werden.

Kareem Elsayad (Medizinische Universität Wien)