Single-Cell-Ansätze für die personalisierte Medizin
Fokusbereich mit dem Berlin Institute of Health (BIH)
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 Max Delbrück Center (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, Max Delbrück Center (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 (Max Delbrück Center)
- 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 SprecherinProf. Dr. Angelika Eggert
Direktorin Klinik für Pädiatrie m.S. Onkologie und Hämatologie
Charité – Universitätsmedizin Berlin
MitgliederProf. Dr. Frank Heppner
Direktor Institut für Neuropathologie
Charité – Universitätsmedizin BerlinProf. Dr. Norbert Hübner
Gruppenleiter "Experimentelle Genetik von Herz- Kreislauferkrankungen"
Max Delbrück CenterDr. Jan Philipp Junker
Gruppenleiter "Quantitative Entwicklungsbiologie"
Max Delbrück CenterProf. Dr. Ulrich Keilholz
Direktor des Charité Comprehensive Cancer Center (CCCC)
Charité – Universitätsmedizin BerlinProf. Dr. Ana Pombo
Gruppenleiterin "Epigenetische Regulation und Chromatinstruktur"
Max Delbrück CenterProf. 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 BerlinMitglieder
Prof. Dr. Angelika Eggert
Direktorin Klinik für Pädiatrie m.S. Onkologie und Hämatologie
Charité – Universitätsmedizin BerlinProf. Dr. Frank Heppner
Direktor Institut für Neuropathologie
Charité – Universitätsmedizin BerlinProf. Dr. Ana Pombo
Gruppenleiterin "Epigenetische Regulation und Chromatinstruktur"
Max Delbrück CenterProf. Dr. Uwe Ohler
Gruppenleiter "Bioinformatik der Genregulation"
Max Delbrück CenterSingle-Cell Tech leader (TBA)
Max Delbrück Center
Weiterführende Links und Informationen
- LifeTime-Initiative
- EINZELZELLANALYSE IN FORSCHUNG UND MEDIZIN Eine Stellungnahme der interdisziplinären Arbeitsgruppe Gentechnologiebericht. BERLIN-BRANDENBURGISCHE AKADEMIE DER WISSENSCHAFTEN
- "Jede einzelne Zelle im Blick" Helmholtz Interview Nikolaus Rajewsky
- Single Cell Omics Germany
Bild: Alessandra Zappulo / Marina Chekulaeva Lab, MDC
Kontakt
Dr. Grietje Krabbe
Single Cell Project Manager
Berlin Institute for Medical Systems Biology (MDC-BIMSB)
Hannoversche Str. 28 | 10115 Berlin
E-Mail: Grietje.Krabbe@mdc-berlin.de
Phone: +49 (0)30 9406 4329
Flyer
Konferenz: ISCO Barcelona
