Fakultätsmitglieder ziehen diesen Herbst in das Frost Institute for Chemistry and Molecular Science ein, ein Gebäude, das die Zusammenarbeit fördern und bahnbrechende Forschung präsentieren soll.
Fakultätsmitglieder haben kürzlich damit begonnen, ihre Labore in das neue Phillip and Patricia Frost Institute for Chemistry and Molecular Science zu verlegen, das weithin als Brennpunkt für neue Forschung und Entdeckung gilt. Eine offizielle Eröffnung wird im Frühjahr erwartet.
Unterstützt durch eine großzügige Spende der Wohltäter Phillip und Patricia Frost, befindet sich das sechsstöckige Gebäude mit Säulen am Ende des Memorial Drive zwischen dem McArthur Engineering Building und dem Ashe Administration Building. Es ist das erste einer Reihe von Frost-Instituten, die sich auf die Schnittmenge von Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik konzentrieren werden – eine Schlüsselinitiative der strategischen Roadmap der Universität für unser neues Jahrhundert, die durch eine Spende von 100 Millionen US-Dollar von den Frosts in Gang gesetzt wurde im Jahr 2017.
„Dieses Frost Institute wird es der University of Miami ermöglichen, unsere Forschungskapazitäten zu steigern und sich mit Projekten an der Spitze der Bereiche Chemie, Molekularwissenschaften, Umwelt und Biomedizin zu befassen und ihre Ideen letztendlich in wichtige globale Lösungen umzusetzen“, sagte Jeffrey Duerk, Executive Vice President für akademische Angelegenheiten und Propst. „Da Chemie und Molekularwissenschaften für so viele andere Bereiche von entscheidender Bedeutung sind, hoffen wir, dass Fakultäten und Studenten in der ganzen U diese unglaubliche Ressource nutzen und sich an der hochmodernen interdisziplinären Forschung beteiligen werden, die gleich beginnt.“
Die hochspezialisierte, 94.000 Quadratmeter große Einrichtung wird sich ausschließlich auf die Forschung auf molekularer Ebene konzentrieren, die ohne Mikroskope für das menschliche Auge oft unsichtbar ist. Aber durch die Betrachtung von Zellen und Partikeln und die Untersuchung ihrer Struktur in winzigen Maßstäben werden die Forscher des Frost-Instituts in der Lage sein, verschiedene Behandlungen für Krankheiten und Krankheiten kennenzulernen und mit ihnen zu experimentieren, indem sie testen, welche chemischen Verbindungen an diese Zellen binden können. Dies ist ein entscheidender Schritt in der Entwicklung neuartiger medizinischer Behandlungen und Therapeutika, sagte Dr. Mark Yeager, Executive Director des Frost Institute, der auch Kardiologe und Professor für Chemie, Biochemie und Molekularbiologie ist.
Die FICMS-Labors werden es Wissenschaftlern auch ermöglichen, Metalle und Legierungen auf molekularer Ebene zu untersuchen, um beispielsweise neue Computerchips oder Batterien für Elektroautos zu entwickeln, bemerkte Yeager.
„Studenten möchten ihre Arbeit wirklich relevant machen und sie auf die menschliche Verfassung auswirken, und ich denke genauso“, sagte Yeager. „Ich liebe Wissenschaft, aber sie offenbart so viel mehr Bedeutung, wenn man sieht, wie molekulares Wirkstoffdesign Menschen helfen kann, ihr Leben zu verbessern.“
Bevor er an die U kam, leitete Yeager zwölf Jahre lang die Abteilung für Molekularphysiologie und biologische Physik der University of Virginia School of Medicine. Er half auch beim Aufbau des Sheridan G. Snyder Translational Research Building, das einen ähnlichen Schwerpunkt wie seine neue Rolle hatte. Im Laufe seiner Karriere lernte Yeager die Kraft der Zusammenarbeit kennen und er hofft, dass das Frost Institute noch mehr Forschung katalysieren wird, die sich über Disziplinen erstreckt, um neue Lösungen für eine Vielzahl von Forschungsfragen zu finden.
„Die Leute beziehen sich oft auf das Problem der Silos, wo traditionelle Abteilungen wie Chemie, Physik und Medizin isoliert sind, obwohl es tatsächlich viele Synergien geben könnte“, sagte Yeager. „Die Idee des Frost-Instituts ist, dass es zu einem Motor dieser Synergie wird und die Möglichkeit bietet, Wissenschaftler und Kliniker, die auf demselben Gebiet arbeiten, zusammenzubringen. Es wird also das gesamte Fachwissen integrieren, um unerfüllte klinische Bedürfnisse und Umweltprobleme zu lösen.“
Wissenschaft ausgestellt
Yeager möchte jedoch nicht nur Fakultätsmitglieder anziehen. Das Gebäude wurde speziell entworfen, um die Universität und eine größere Gemeinschaft einzubeziehen. Mit raumhohen Fenstern und einem riesigen Bildschirm, der in der Lobby hängt, können Passanten Video-Feeds der laufenden Forschung im gemeinsamen Molecular Electron Microscopy Center sehen. Das hochmoderne Labor wird schließlich über fünf spezialisierte Spitzenmikroskope verfügen, die eine Visualisierung von Atomen bis hin zu Zellen ermöglichen, die jedem an der Universität zur Verfügung stehen würden. Darüber hinaus hofft Yeager, Wissenschaftler in den gesamten USA anzuziehen, und mit der geografischen Lage von Miami würden Wissenschaftler in Mittel- und Südamerika ermutigt, das Fachwissen und die Infrastruktur des Frost Institute zu nutzen.
„Es ist sehr aufregend für Molekularwissenschaftler, dieses Gebäude zu haben, aber es war Teil des Entwurfs, es an der Kreuzung des Studentenverkehrs auf dem Campus zu platzieren, denn während sie durch das Gebäude gehen, können Studenten und Dozenten sehen, was im Labor vor sich geht. “, sagte Leonidas Bachas, Dekan des College of Arts and Sciences und ein biologischer und analytischer Chemiker, der als Interimsdirektor des Instituts fungierte. „Sie können es nicht übersehen, und ich hoffe, die Schüler werden sich auch darüber freuen, was drinnen passiert.“
Universitätsleiter erwarten auch von Fakultäten anderer Institutionen und Führungskräften aus der Privatwirtschaft, dass sie an lebensrettenden oder anderen nützlichen Innovationen mitarbeiten, die mit der Welt geteilt werden können. Pratim Biswas, Dekan des College of Engineering und Professor für Chemie-, Umwelt- und Materialtechnik, der sein Aerosol- und Luftqualitätslabor in das Gebäude verlegt, sagte, seine Mitarbeiter in den Vereinigten Staaten seien bereits an einem Besuch des Instituts interessiert.
„Es gibt nichts südlich des Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, das über diese Art von Ausrüstung für die Molekularwissenschaft verfügt“, sagte Biswas. „Es ist eine hochmoderne Einrichtung, die für einzigartige Forschungszwecke gebaut wurde, und sie wird zum Stolz der Universität, sodass Forscher zu uns kommen werden.“
Die Labore sind offen gestaltet, um die Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen Forschern zu fördern, die sich einen Raum nebeneinander teilen. Auf jeder Etage gibt es gemeinsame Konferenzräume und Gruppenräume, in denen Studenten und Forscher auf Whiteboards schreiben und Experimente diskutieren können, sagte Jessica Brumley, Vizepräsidentin für Anlagenbetrieb und -planung an der Universität.
„Dies ist eine neue Art, Forschungseinrichtungen zu bauen, so dass der Ideenfluss nicht behindert wird und die Forscher leicht von einer Bank zur anderen wechseln können“, bemerkte Bachas.
Innovative Bewohner
Derzeit sind die ersten drei Stockwerke bezugsfertig. Yeager wird zusätzliche Fakultäten einstellen, da der vierte und fünfte Stock Anfang 2024 fertiggestellt sind und der sechste Stock die mechanischen Systeme des Gebäudes beherbergt. Yeager ist zuversichtlich, dass das offene Design und die hochmoderne Technologie des Gebäudes ihm helfen werden, eine vielfältige und elitäre Gruppe von Wissenschaftlern zu rekrutieren, die herausfordernde Wege wirkungsvoller Forschung erkunden. Brumley freut sich, dass die Anlage die Gold-LEED-Zertifizierung anstrebt, was bedeutet, dass sie nachhaltig gebaut wurde und ihren CO2-Fußabdruck auf die Umwelt minimiert.
Der erste Stock verfügt über eine große 24-Fuß-Decke, die bis zum oberen Ende des zweiten Stocks reicht, einen offenen Seminarraum mit einem Ausstellungslabor und einen großen großen Saal. Im gemeinsamen Zentrum für Molekularelektronenmikroskopie können Forscher die atomare Struktur von „harten“ Materialien wie Metalllegierungen für biomedizinische Geräte oder Energiespeicherlösungen untersuchen. Mehrere der Instrumente werden die KryoEM-Technik anwenden, bei der „weiche“ strahlenempfindliche biologische Proben wie Proteine und molekulare Komplexe schockgefroren und in einem Zustand untersucht werden, der dem des Zytoplasmas nahe kommt. Die Computeranalyse der Bilder liefert tiefere Einblicke in die menschliche Physiologie, die für die Arzneimittelforschung relevant sind.
Die zweite Etage wird das Labor von Yeager und andere Wissenschaftler beherbergen, die an molekularem Design und der Chemie therapeutischer Targets arbeiten. Er wendet die KryoEM-Technik seit über drei Jahrzehnten an, was seine bahnbrechende Forschung zu Gap-Junction-Kanälen inspirierte. Diese ermöglichen die metabolische Zusammenarbeit und Signalübertragung zwischen Zellen in allen Geweben. Solche Kanäle sind besonders wichtig im Herzen, wo sie jede Zelle verbinden, um den normalen Herzschlag aufrechtzuerhalten und die Muskelkontraktion zu koordinieren. Durch die Analyse der Kanäle unter Bedingungen einer Gewebeschädigung (z. B. saurer pH-Wert und erhöhte Kalziumkonzentration) konnte Yeager die strukturellen Veränderungen dieser Kanäle während eines Herzinfarkts aufdecken, was für das Verständnis von Herzrhythmusstörungen und plötzlichem Herztod relevant ist. Yeager hat Kryo-EM auch verwendet, um zu untersuchen, wie Viren in Wirtszellen eindringen, sich vermehren und infektiöse Partikel zusammensetzen, was durch seine bahnbrechende Forschung zur Zusammensetzung, Struktur und Reifung von HIV-1, dem Virus, das AIDS verursacht, veranschaulicht wird.
Die dritte Etage ist den Aerosolwissenschaften gewidmet, die typischerweise die Bildung, den Transport und die Synthese von Partikeln aus ihren molekularen Bestandteilen untersuchen. Heute wird das Gebiet als Teil der Nanotechnologie betrachtet, einem neuen und wachsenden Zweig der Chemie, in dem Wissenschaftler versuchen, einzelne Atome und Moleküle zu manipulieren. Die Aerosolwissenschaft hat auch viele Anwendungen, um neue medizinische Therapeutika und Handwerk zu entwickeln innovativ Energie- und Umwelttechnologien und schaffen neuartige Materialien. Zu Biswas im dritten Stock gesellt sich Yang Wang, ein Assistenzprofessor für Chemie-, Umwelt- und Werkstofftechnik, der in diesem Fall an die Universität kam, und Professor Chang Yu Wu, der Anfang nächsten Jahres sein Labor von der University of Florida verlegen wird. Beide haben in der Vergangenheit mit Biswas im Rahmen von Forschungsstipendien zusammengearbeitet und sind anerkannte Experten in Aerosolwissenschaft und -technologie.
„Dies ist eine sehr willkommene Ergänzung des Campus, die es uns ermöglichen wird, mehr Forschungsstipendien zu erhalten und unsere Technologie hoffentlich auf den Markt zu bringen“, sagte Biswas. „Und im dritten Stock wird es sofort erhebliche Aktivitäten geben, da unsere Fakultät mehrere Forschungsstipendien hat, an denen sie in diesem neuen Raum sofort mit der Arbeit beginnen werden. Viele der aktuellen Projekte haben auch industrielle Mitarbeiter, die mit uns in der Forschung zusammenarbeiten werden.“
Jetzt, nach mehr als zweijähriger Bauzeit, wollen die Universitätsleitungen das Frost Institute zu einem Nährboden für Innovationen machen.
„Wir hoffen, dass wir in 10 Jahren zurückblicken und sagen werden, dass dieses bedeutende Medikament hier entdeckt wurde, weil wir die richtigen Leute, die richtige Technologie und die richtige kooperative Einstellung hatten“, sagte Bachas. „Hoffentlich wird das Frost Institute zu einem Katalysator für große Entdeckungen, die auf unserem Campus passiert sind und die der Welt irgendwie helfen können.“