Nervenzellen, aus Stammzellen der Maus gezüchtet

Single-Cell-Ansätze für die personalisierte Medizin

Fokusbereich mit dem Berlin Institute of Health (BIH)

Single-Cell-Ansätze für personalisierte Medizin sind ein Forschungsfokus von Berlin Institute of Health (BIH), Charité – Universitätsmedizin Berlin und Max-Delbrück-Centrum. Nikolaus Rajewsky (MDC) koordiniert gemeinsam mit Angelika Eggert (Charité) den Fokusbereich. Die Einzelzellanalyse ist auch Grundlage für das pan-europäische LifeTime-Konsortium: „Life Time: Revolutionizing Healthcare by Tracking and Understanding Human Cells during Disease“.

Um die hoch-innovativen Einzelzellansätze so rasch wie möglich für eine effektive Translation klinisch nutzbar zu machen, begründet das BIH eine gemeinsam getragene, enge interdisziplinäre Kooperation, in welche BIH und Charité kliniknahe Expertisen (Bioinformatik, Bildgebung, Maschinelles Lernen, Onkologie, Neurologie, Dermatologie, Biobanken, Diagnostik und Biomarker) und das MDC-Mitte (BIMSB) technologische und wissenschaftliche Expertise auf dem Gebiet der Einzelzellbiologie und Genregulation einbringen.

Die Umsetzung stützt sich auf zwei Säulen:

Die Etablierung von vier Brücken-Nachwuchsgruppen von BIH, MDC-Mitte (BIMSB) und Charité, welche Einzelzellexpertise in die klinische Anwendung bringen. Diese Nachwuchsgruppen werden im BIMSB-Gebäude angesiedelt, haben dort Zugang zu den neuesten Single-Cell-Ansätze und stehen im engen Austausch mit international führenden Wissenschaftler*innen. Gleichzeitig sind diese Gruppen in jeweils eine Klinik in der Charité integriert, mit der sie klinisch relevante Themen identifizieren, Single-Cell-Ansätze nutzen und entwickeln, um konkrete klinische Fragestellungen zu bearbeiten und die Technologien für die klinische Nutzung zu etablieren. Dieses Brückenkonzept verknüpft in optimaler Weise die international führende Position des BIMSB in der Entwicklung von Single-Cell-Ansätzen mit dem klinisch-translationalen Potential von BIH/Charité.

Den Aufbau einer „Clinical Single Cell Sequencing“ Pipeline, welche ein zentrales Bioportal (Patientenprobengewinnung, -charakterisierung und -verarbeitung) sowie einen integrierten Workflow mit relevanten Genomik- und Bioinformatik-Services für die teilnehmenden Kliniken beinhaltet.
 

Single-Cell Forschungsgruppen

AG Großwendt

Vom Zellstatus zur Funktion

Die Fähigkeit von Tumorzellen, sich zu bewegen und ihre Identität zu ändern, erschwert die Behandlung von Krebserkrankungen. Für diese Mobilität und Plastizität sind zelluläre Programme verantwortlich, die denen ähneln, die bei der Embryonalentwicklung aktiv sind. In der Tat ähneln Tumorzellen einiger Krebsarten, wie z. B. des Neuroblastoms, auf erstaunliche Weise den Zellen, die normalerweise nur während der pränatalen Entwicklung vorhanden sind. Wir wollen verstehen, warum Tumorzellen diese embryonalen Eigenschaften aufweisen, um damit therapeutische Ansatzpunkte zu identifizieren. In unserer Gruppe vergleichen wir die Eigenschaften und das Verhalten embryonaler Zellen mit denen, die bei verschiedenen Krebsarten auftreten. Wir verwenden Einzelzelltechnologien, um genetische Programme in entarteten Zellen zu untersuchen und festzustellen, wie die Zellen vom umgebenden Gewebe beeinflusst werden. Unser Ziel ist es zu verstehen, wie Tumorzellen embryonale Programme verwenden, um damit zur Früherkennung von Krebserkrankungen und Entwicklung wirksamer Behandlungen beizutragen.

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AG Haas

Blutkrebs, Stammzellen & Präzisionsmedizin

Krebs entsteht häufig aus gesunden Stamm- und Vorläuferzellen, welche für die kontinuierliche Regeneration von Geweben und Organen verantwortlich sind. Durch die Anhäufung von genetischen und molekularen Anomalien verwandeln sich gesunde Stamm- und Vorläuferzellen potentiell in bösartige Krebszellen. Ein komplexes Zusammenspiel zwischen Immunsystem, Krebszellen und Faktoren aus dem umliegenden zellulären Umfeld entscheidet darüber, ob aus einzelnen Krebszellen eine bösartige Krebserkrankung entsteht. Unter Leitung von Dr. Simon Haas entwickelt die Forschungsgruppe neuartige multimodale Einzelzell- und räumlich-aufgelöste Technologien um die komplexe Ätiologie von hämatologischen Krebserkrankungen und deren Interaktion mit dem Immunsystem zu untersuchen. Darüber hinaus entwickelt die Forschungsgruppe hochpräzise, personalisierte Diagnose- und Prognoseansätze, welche auf Einzelzell-Multiomics Technologien basieren. Diese neu entwickelten Ansätze sollen eine frühe Krankheitserkennung und personalisierte Behandlungsstrategie ermöglichen mit dem langfristigen Ziel Krebserkrankungen bereits vor deren Ausbruch therapeutisch zu unterbinden.

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AG Ludwig

Stammzelldynamiken und Mitochondriale Genomik

Die Hämatopoese beschreibt den Prozess der Blutbildung und wird Zeit unseres Lebens durch hämatopoetische Stamm- und Vorläuferzellen aufrechterhalten. Trotz eines wachsenden Verständnisses in der Stammzellbiologie bleibt die Bestimmung der in vivo Aktivität von einzelnen Stammzellen im Menschen jedoch weiterhin eine Herausforderung. In dieser Hinsicht entwickeln wir einzelzellbasierte multi-omics Ansätze, um insbesondere die Detektion natürlich vorkommender Mutationen im mitochondrialen Genom unserer Zellen zu ermöglichen. Eine Vielzahl hämatopoetischer Zellen entwickelt einzigartige Mutationsprofile, welche wir als natürliche Barcodes nutzen, um die Herkunft und klonale Aktivität von Stamm- und Vorläuferzellen zu untersuchen. In Kombination mit genomischer Informationen zum Aufbau des Chromatins sowie zu Gen- und Proteinexpressionsprofilen ist es dabei unser Ziel, grundlegende Prinzipien von Stammzelldynamiken und deren (De-)Regulierung in Krankheitszuständen wie beispielsweise in Leukämien zu entschlüsseln. Damit eng verbunden ist das Ziel, ein tiefergreifendes molekulares Verständnis zu entwickeln, wie genetische Mutationen und Diversität im mitochondrialen Genom zu zellulären Phänotypen und humanen Pathologien beitragen.

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AG Sanders (MDC)

Genomische Instabilität und somatischer Mosaizismus

Während der normalen Entwicklung und des Alterns können die Zellen in unserem Körper durch verschiedene Genom-Instabilitätsprozesse somatische Mutationen erwerben. Diese Mutationen vermehren sich mit der Zeit und werden selektiert. Infolgedessen sind wir tatsächlich ein Mosaik einzigartiger somatischer Zellgenome, wobei sich jede einzelne Zelle in unserem Körper genetisch von einer anderen unterscheiden kann. Zu verstehen, wie somatischer Mosaizismus entsteht und sich entwickelt, sind zentrale Fragen im Sanders-Labor. Mit Fokus auf dem Genom entwickeln und verwenden wir innovative Einzelzellmethoden um die Mechanismen der Genom-Instabilität zu erforschen und zu verstehen, wie Mutationen zelluläre Phänotypen in normalen menschlichen Geweben und Krankheitszuständen verändern. Durch die Integration von experimentellen und computergestützten Multi-Omic Ansätzen fragen wir, wie sich einzelne Zellen in Bezug auf ihre einzigartigen genomischen Profile, epigenetischen Programme und transkriptionellen Outputs unterscheiden, und testen die funktionellen Folgen somatischer Mutationen, um zu entschlüsseln, wie sie zur Gewebehomöostase und zu menschlichen Krankheiten beitragen.

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Steuerungskomitee

 

Sprecher


Stellvertretende Sprecherin

Prof. Dr. Angelika Eggert
Direktorin Klinik für Pädiatrie m.S. Onkologie und Hämatologie
Charité – Universitätsmedizin Berlin


Mitglieder

Prof. Dr. Frank Heppner
Direktor Institut für Neuropathologie
Charité – Universitätsmedizin Berlin

Prof. Dr. Norbert Hübner
Gruppenleiter "Experimentelle Genetik von Herz- Kreislauferkrankungen"
MDC

Dr. Jan Philipp Junker
Gruppenleiter "Quantitative Entwicklungsbiologie"
MDC

Prof. Dr. Ulrich Keilholz
Direktor des Charité Comprehensive Cancer Center (CCCC)
Charité – Universitätsmedizin Berlin

Prof. Dr. Ana Pombo
Gruppenleiterin "Epigenetische Regulation und Chromatinstruktur"
MDC

Prof. Dr. med. Frank Tacke
Klinikdirektor der Medizinischen Klinik mit Schwerpunkt Hepatologie und Gastroenterologie
Charité – Universitätsmedizin Berlin
 

BIH-CSCS-Pipeline Aufsichtsrat

(Berichterstattung an das Steuerungskomitee)

Vorsitz

Prof. Dr. Ulrich Keilholz
Direktor des Charité Comprehensive Cancer Center (CCCC)
Charité – Universitätsmedizin Berlin

Mitglieder

Prof. Dr. Angelika Eggert
Direktorin Klinik für Pädiatrie m.S. Onkologie und Hämatologie
Charité – Universitätsmedizin Berlin

Prof. Dr. Frank Heppner
Direktor Institut für Neuropathologie
Charité – Universitätsmedizin Berlin

Prof. Dr. Ana Pombo
Gruppenleiterin "Epigenetische Regulation und Chromatinstruktur"
MDC

Prof. Dr. Uwe Ohler
Gruppenleiter "Bioinformatik der Genregulation"
MDC

Single-Cell Tech leader (TBA)
MDC
 

 

Weiterführende Links und Informationen

 

Bild: Alessandra Zappulo / Marina Chekulaeva Lab, MDC

 

Kontakt

Dr. Chiara Baccin
Single Cell Project Manager
Berlin Institute for Medical Systems Biology (BIMSB)
Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC)
Hannoversche Str. 28 | 10115 | Berlin
E-mail: chiara.baccin@mdc-berlin.de
Tel.: +49 (0)30 9406 1380

 

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