Abteilung für Funktionelle Bildgebung in der Operativen Onkologie

Unsere Forschung widmet sich der Entwicklung exzellenter Verfahren für die biomedizinische Bildgebung. Der Fortschritt bei zielgerichteten Kontrastmitteln und neuartigen Bildgebungsverfahren ebnet den Weg für personalisierte und hochpräzise chirurgische Eingriffe in naher Zukunft.
Die Bildgebung im kurzwelligen Infrarotbereich (short wave infrared, kurz: SWIR) stellt eine neue Technologie für biomedizinische Anwendungen dar. Sie bietet mehrere Vorteile gegenüber dem sichtbaren und nahinfraroten Bereich: kein Autofluoreszenz-Hintergrund, geringere Lichtabsorption durch Blut und Gewebe sowie eine reduzierte Streuung. In diesem Wellenlängenbereich werden Gewebe optisch durchlässig.

Unsere Ziele

• Wir entwickeln Bildgebungsverfahren im nahen Infrarot- (NIR) sowie im kurzwelligen Infrarotbereich (SWIR) zur Unterstützung einer verbesserten operativen Onkologie.
• Wir entwickeln Kontrastmittel für die NIR- und SWIR-fluoreszenzgestützte Chirurgie, mit dem Ziel nach der Resektion verbliebene Tumorzellen sichtbar zu machen. Außerdem arbeiten wir an der Darstellung von Risikostrukturen wie Nerven.
• Wir entwickeln markierungsfreie Bildgebungsverfahren zur Identifikation von Nerven, Lymphknoten und anderen wichtigen Gewebestrukturen.
• Wir betreiben Grundlagenforschung im Bereich der NIR- und SWIR-Bildgebung und entwickeln neuartige SWIR-Mikroskopie-Verfahren, mit dem Fokus auf Methoden zur Verbesserung der Sensitivität, Bildgebungsgeschwindigkeit und Detektionstiefe.

 

 

 

 

 

 

  

 

  

 

Tjadina Klein

Doktorandin

E-Mail: tjadina-wencke.klein(at)nct-dresden.de

Alumni

• Samuel Adler
• Ilaria Balba
• Thomas Bischof
• Berit Blume
• Nina Buettner
• Emily Cosco
• Asli Ergin
• Gina Fürtjes
• Xhenifer Guza
• Sofia Kieffa
• Jakob Lingg
• Bunyamin Pekdemir
• Shyam Ramakrishnan
• Hannes Rolbieski
• Mara Saccomano
• Katharina Tartler
• Peter Tsrunchev
• Martin Warmer
• Joycelyn Yiu

1. In vivo NIR-II fluorescence imaging for biology and medicine.
Feifei Wang, Yeteng Zhong, Oliver T. Bruns, Yongye Liang, Hongjie Dai
Published: 04 March 2024; Nature Photonics (2024); Link to the article

2. Shortwave infrared polymethine fluorophores matched to excitation lasers enable non-invasive, multicolour in vivo imaging in real time.
Cosco ED, Spearman AL, Ramakrishnan S, Lingg JGP, Saccomano M, Pengshung M, Arús BA, Wong KCY, Glasl S, Ntziachristos V, Warmer M, McLaughlin RR, Bruns OT*, Sletten EM*. Nat Chem. 2020 Dec;12(12):1123-1130. doi: 10.1038/s41557-020-00554-5. Epub 2020 Oct 19. PMID: 33077925 DOI: 10.1038/s41557-020-00554-5

3. Targeted multicolor in vivo imaging over 1,000 nm enabled by nonamethine cyanines.
Bandi VG*, Luciano MP*, Saccomano M*, Patel NL, Bischof TS, Lingg JGP, Tsrunchev PT, Nix MN, Ruehle B, Sanders C, Riffle L, Robinson CM, Difilippantonio S, Kalen JD, Resch-Genger U, Ivanic J, Bruns OT*, Schnermann MJ*. Nat Methods. 2022 Mar;19(3):353-358. doi: 10.1038/s41592-022-01394-6. Epub 2022 Feb 28. PMID: 35228725 DOI: 10.1038/s41592-022-01394-6

4. Next-generation in vivo optical imaging with short-wave infrared quantum dots.
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. Nat Biomed Eng. 2017;1:0056. doi: 10.1038/s41551-017-0056. Epub 2017 Apr 10. PMID: 29119058 DOI: 10.1038/s41551-017-0056​​​​​​​

5. Bright Chromenylium Polymethine Dyes Enable Fast, Four-Color In Vivo Imaging with Shortwave Infrared Detection.
Cosco ED, Arús BA, Spearman AL, Atallah TL, Lim I, Leland OS, Caram JR, Bischof TS, Bruns OT*, Sletten EM*. J Am Chem Soc. 2021 May 12;143(18):6836-6846. doi: 10.1021/jacs.0c11599. Epub 2021 May 3. PMID: 33939921 DOI: 10.1021/jacs.0c11599

6. High-Resolution Multicolor Shortwave Infrared Dynamic In Vivo Imaging with Chromenylium Nonamethine Dyes.
Anthony L. Spearman, Eric Y. Lin, Emily B. Mobley, Andriy Chmyrov, Bernardo A. Arús, Daniel W. Turner, Cesar A. Garcia, Kyle Bui, Christopher Rowlands, Oliver T. Bruns, Ellen M. Sletten. J Am Chem Soc. 2025. doi: 10.1021/jacs.5c03673

7. Shortwave-Infrared Line-Scan Confocal Microscope for Deep Tissue Imaging in Intact Organs.
Jakob G. P. Lingg, Thomas S. Bischof, Bernardo A. Arús, Emily D. Cosco, Ellen M. Sletten, Christopher J. Rowlands, Oliver T. Bruns, Andriy Chmyrov. Laser & Photonics Reviews. 2023. DOI: 10.1002/lpor.202300292

8. Development of a shortwave infrared sinuscope for the detection of cerebrospinal fluid leaks.
Klein TW, Yang S, Tusty MA, Nayak JV, Chang MT, Bruns OT*, Bischof TS*, Valdez TA*. J Biomed Opt. 2023 Sep;28(9):094803. doi: 10.1117/1.JBO.28.9.094803. Epub 2023 May 12. PMID: 37188003 DOI: 10.1117/1.JBO.28.9.094803

9. Shortwave infrared fluorescence imaging of peripheral organs in awake and freely moving mice.
Arús BA, Cosco ED, Yiu J, Balba I, Bischof TS, Sletten EM, Bruns OT. 
Front Neurosci. 2023 May 18;17:1135494. doi: 10.3389/fnins.2023.1135494. eCollection 2023.
PMID: 37274204 DOI: 10.3389/fnins.2023.1135494

10. Preventing cation intermixing enables 50% quantum yield in sub-15 nm short-wave infrared-emitting rare-earth based core-shell nanocrystals.
Arteaga Cardona F, Jain N, Popescu R, Busko D, Madirov E, Arús BA, Gerthsen D, De Backer A, Bals S, Bruns OT, Chmyrov A*, Van Aert S*, Richards BS*, Hudry D*. Nat Commun. 2023 Jul 25;14(1):4462. doi: 10.1038/s41467-023-40031-4. PMID: 37491427 DOI: 10.1038/s41467-023-40031-4

11. Dramatic Impact of Materials Combinations on the Chemical Organization of Core–Shell Nanocrystals: Boosting the Tm3+ Emission above 1600 nm.
Fernando Arteaga Cardona, Eduard Madirov, Radian Popescu, Di Wang, Dmitry Busko, Dominique Ectors, Christian Kübel, Yolita M. Eggeler, Bernardo A. Arús, Andriy Chmyrov, Oliver T. Bruns, Bryce S. Richards*, Damien Hudry* Published: 12 September 2024; ACS Nano (2024); Link to the article

12. Intraoperative microscopic autofluorescence detection and characterization in brain tumors using stimulated Raman histology and two-photon fluorescence. 
Fürtjes G, Reinecke D, von Spreckelsen N, Meißner A-K, Rueß D, Timmer M, Freudiger C, Ion-Margineanu A, Khalid F, Watrinet K, Mawrin C, Chmyrov A, Goldbrunner R, Bruns OT, Neuschmelting V. Frontiers in Oncology. 2023. DOI: 10.3389/fonc.2023.1146031

13. Absorption by water increases fluorescence image contrast of biological tissue in the shortwave infrared.
Carr JA, Aellen M, Franke D, So PTC, Bruns OT*, Bawendi MG*. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018 Sep 11;115(37):9080-9085. doi: 10.1073/pnas.1803210115. Epub 2018 Aug 27. PMID: 30150372  DOI: 10.1073/pnas.1803210115

14. Shortwave infrared fluorescence imaging with the clinically approved near-infrared dye indocyanine green.
Carr JA, Franke D, Caram JR, Perkinson CF, Saif M, Askoxylakis V, Datta M, Fukumura D, Jain RK, Bawendi MG*, Bruns OT*. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018 Apr 24;115(17):4465-4470. doi: 10.1073/pnas.1718917115. Epub 2018 Apr 6. PMID: 29626132 DOI: 10.1073/pnas.1718917115

15. Nanocarrier imaging at single-cell resolution across entire mouse bodies with deep learning.
Luo J, Molbay M, Chen Y, Horvath I, Kadletz K, Kick B, Zhao S, AlMaskari R, Singh I, Ali M, Bhatia HS, Minde DP, Negwer M, Hoeher L, Calandra GM, Groschup B, Su J, Kimna C, Rong Z, Galensowske N, Todorov MI, Jeridi D, Ohn TL, Roth S, Simats A, Singh V, Khalin I, Pan C, Arús BA, Bruns OT, Zeidler R, Liesz A, Protzer U, Plesnila N, Ussar S, Hellal F, Paetzold J, Elsner M, Dietz H, Erturk A. Nature Biotechnology (2025);  Link to the article

Selected pre-prints

1. Park RK*, Arús BA*, Lee JY, Weitzenberg MM, Lee MC, Nyaeme MS, Barthel J, Balsamo G, Baik FM, Speirs K, Blume B, Heller-Algazi M, Chmyrov A, Plettenburg O, Megwalu UC, Weitz J, Distler M, Bruns OT*, Valdez TA*. Intraoperative nerve imaging with sodium fluorescein. medRxiv, https://doi.org/10.1101/2025.02.08.25321923

2. Arús BA, Yiu J, Lingg JGP, Hofmann A, Fumo AR, Ji H, Jethwa C, Park R K, Henderson J,  Mishra K, Mukha I, Stiel AC, Santovito D, Weber C, Reeps C, Rohm M, Bartelt A, Valdez TA, Chmyrov A, Bruns OT. Macroscopic label-free biomedical imaging with shortwave infrared Raman scattering. bioRxiv, 10597863, 2024. https://doi.org/10.1101/2024.06.10.597863

3.  Xu C*, Liu Y*, Arús BA*, Mishra K*, Luciano M, Bandi V, Kumar A, Guo Z, Bick M, Xu M, Zhang K, Lingg J, Bae J, Kang A, Gerben SR, Bera AK, Vaughan JC, Manton JD, Derivery E, Schnermann MJ, Stiel AC, Bruns OT, Baker D. De novo design of near infrared fluorescent proteins. Research Square, 4652998, 2024. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-4652998/v1

* means either shared first or shared last authorship

Full publication list available here

• Chan Zuckerberg Initiative
• EKFZ
• Horizon Europe
• Helmholtz Imaging Project
• BMBF - Better View
• SFB1123
• Alexander von Humboldt-Stiftung
• Stiftung Deutsche Krebshilfe
• Richard und Annemarie Wolf foundation
• National Institute of Health (NIH)

Prof. Dr. Ellen M. Sletten >>
Department of Chemistry and Biochemistry, University of California, Los Angeles, California, USA

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Dr. Martin J. Schnermann >>
National Cancer Institute, National Institute of Health, Bethesda, Maryland, USA

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Dr. Christopher Rowlands >>
Faculty of Engineering, Department of Bioengineering, Imperial College, London, UK

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Prof. Dr. Tulio A Valdez >>
Stanford University, Stanford, California, USA

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Prof. Dr. Oliver Plettenburg >>
Institut für Organische Chemie, Leibniz Universität Hannover, Deutschland

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Dr. André C. Stiel >>
Cell Engineering Gruppe, Helmholtz Zentrum München, Deutschland

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Dr. Volker Neuschmelting >>
Universitätsklinikum Köln, Deutschland

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Prof. Dr. Alexander Bartelt >>
Institute for Cardiovascular Prevention, Ludwig-Maximilians-Universität München, Deutschland

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Dr. Damien Hudry >>
Institute of Microstructure Technology (IMT), Karlsruher Institut für Technologie, Deutschland

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Prof. Dr. Bryce S. Richards >>
Institute of Microstructure Technology (IMT), Karlsruher Institut für Technologie, Deutschland

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Dr. rer. nat. Ute Resch-Genger >>
Fachbereich Biophotonik, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin, Deutschland

• Perkin Elmer Lambda 1050+, einschließlich Dreifachdetektormodul und 150 mm Ulbricht-Kugel
• Selbst entwickeltes Photolumineszenz-Spektrometer basierend auf einem NKT SuperK und einem Princeton Instruments Spektrographen mit Pixis- und Pylon-Detektoren. Anregung 400–1600 nm, Detektion 400–1600 nm.

Möchten Sie Teil unseres Teams werden? Aktuelle Stellenangebote finden Sie über die untenstehenden Links. Wir sind darüber hinaus stets an engagierten neuen Teammitgliedern mit vielfältigem fachlichem Hintergrund interessiert. Melden Sie sich bitte gern, sollten Sie Interesse an einer Masterarbeit, einem Promotionsprojekt oder einer Postdoc-Stelle in unserer Arbeitsgruppe haben.

Für weitere Informationen oder wenn Sie eine Initiativbewerbung senden möchten, kontaktieren Sie bitte Frau Maria Voigt per E-Mail unter: maria.voigt(at)nct-dresden.de

Bitte fügen Sie Ihrer E-Mail ein Motivationsschreiben bei, in welchem Sie erläutern, warum Sie Teil unseres Teams werden möchten, an welchem konkreten Projekt Sie interessiert sind sowie Ihren Lebenslauf.

Contribution in the edition 25/01 of Laborjournal

Link to the article with Oliver Bruns: 'Blick mit Infrarotlicht mitten ins Leben - Live Cell Imaging'
(by Mario Rembold)

Full edition of the journal 25/01 with the article can be found here

Helmholtz High Impact Award for Oliver Bruns and Ellen Sletten

Please also see the media reviews for further information:
TU Dresden
Helmholtz Society
Stifterverband
Helmholtz Imaging (Interview)

Press release on funding by Chan Zuckerberg Initiative
We once again received renowned funding from the Chan Zuckerberg Initiative. The link to the detailed press release can be found here.

 

BDC Surgeon Talk 

with Oliver Bruns 'Molekulare Bildgebung - Zukunftmusik oder schon Realität?' (German only)

This and other podcasts can be found here (link to external page).

Introducing Oliver Bruns. TU Dresden

Prof. Oliver Bruns - University-Wide Inaugural Lecture

FBOO @ WMIC Prague

FBOO @ chemTUgether at TU Dresden