Cancer Bioinformatics

Wir erforschen die komplexen zellulären Ökosysteme, die Krebserkrankungen und Stoffwechselstörungen zugrunde liegen. Unser Ziel ist es, kausale Krankheitsmechanismen und die damit verbundenen therapeutischen Angriffspunkte aufzudecken, anstatt lediglich die Gewebezusammensetzung zu beschreiben.

Wir wenden computergestützte Ansätze an und entwickeln diese weiter, um zelluläre Heterogenität aufzuschlüsseln, Datensätze im Atlas-Maßstab zu integrieren und die Gewebearchitektur mit Einzelzellauflösung abzubilden. Ein Großteil unserer methodischen Arbeit konzentriert sich auf die bildgebungsbasierte räumliche Transkriptomik, wo die Zellsegmentierung und die Datenqualität nach wie vor ungelöste Probleme darstellen.

Wir entwickeln KI-gestützte multimodale Lernpipelines für histologische Bilder, die hochdimensionale räumliche „Omics“-Daten mit skalierbaren klinischen Anwendungen verbinden und sich auf die räumliche 3D-Biologie ausweiten lassen.

Wir entwickeln robuste Open-Source-Software, Frameworks zur Qualitätskontrolle und skalierbare Algorithmen zur Verarbeitung, Integration und Analyse hochmultiplexer biologischer Daten. Alle von uns veröffentlichten Produkte sind dokumentiert, getestet und können kostenlos genutzt werden.

Wir schlagen eine Brücke zwischen der computergestützten Biologie und der klinischen Praxis, indem wir Erkenntnisse aus der In-silico-Forschung und KI-basierte Vorhersagemodelle in praxistaugliche klinische Produkte und umsetzbare Diagnosestrategien umsetzen.

Das MOSAIC-Konsortium baut einen der größten räumlichen Multi-Omics-Datensätze in der Onkologie auf. Durch die Kombination von groß angelegter räumlicher Transkriptomik, Einzelzell-Omics und künstlicher Intelligenz kartiert das Projekt Tumormikroumgebungen, um neue Erkenntnisse zur Krankheitsbiologie zu gewinnen, Biomarker zu entdecken und die personalisierte Medizin voranzutreiben. Es vereint Partner aus Wissenschaft und Industrie weltweit; die Charité ist neben Owkin, Gustave Roussy, CHUV, dem Universitätsklinikum Erlangen und der University of Pittsburgh Gründungspartner.

Unsere Rolle

Wir leiten die Bioinformatik-Strategie im gesamten Konsortium und verwalten die Recheninfrastruktur, um eine standardisierte Verarbeitung, Integration und Qualitätskontrolle der räumlichen und Einzelzell-Datensätze aus verschiedenen Zentren sicherzustellen. Außerdem leiten wir die zentralen computergestützten Forschungsprojekte zur räumlichen Biologie und zu zellulären Interaktionen bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs, Blasenkrebs, Plattenepithelkarzinomen im Kopf- und Halsbereich sowie beim Glioblastom.

Die Berliner-Dresdner NAFLD/MASLD-Forschungsinitiative (CRC/TRR 412) untersucht metabolisch bedingte steatotische Lebererkrankungen. Das Konsortium hat sich zum Ziel gesetzt, über eine Einheitsbehandlung hinauszugehen, indem es die vielfältigen pathophysiologischen Mechanismen aufdeckt, die der Erkrankung zugrunde liegen, um so die Grundlage für maßgeschneiderte Therapiestrategien zu schaffen.

Unsere Rolle

Wir sind das zentrale Bioinformatik-Kompetenzzentrum der Initiative: Wir verwalten die rechnergestützte Infrastruktur, standardisieren die Datenintegration und etablieren analytische Arbeitsabläufe für die Multi-Omics-Datensätze, die in allen Partnerinstitutionen generiert werden. Wir leiten die computergestützte Erstellung von Einzelzell- und räumlichen Transkriptom-Atlasdaten der Leber und integrieren dabei hochauflösende räumliche Daten, um die Gewebearchitektur und die Zellzustände im Verlauf der Krankheitsprogression abzubilden. Unsere eigenen Forschungsprojekte modellieren die frühe Krankheitsdynamik und interzelluläre Signalnetzwerke, wobei wir räumliche Algorithmen und systembiologische Ansätze anwenden, um die Stoffwechsel- und Immuninteraktionen zu entschlüsseln, die die Anfangsstadien der Steatose und der fibrotischen Umgestaltung vorantreiben.

NURTURE ist ein Projekt des Berlin Institute of Health Digital Health Accelerator (BIH DHA), das sich mit dem gravierenden Mangel an präventiven Therapien für Schwangerschaftskomplikationen befasst. Es zielt auf die Ursachen von Erkrankungen wie Präeklampsie ab, um langfristige kardiovaskuläre und metabolische Folgen für Mutter und Kind zu verhindern.

Unsere Rolle

Wir entwickeln eine prädiktive KI-Plattform, die auf einer Multi-Omics-Pipeline mit Plazenta-Organoiden basiert. Einzelzelltechnologien und im Labor gezüchtete Organoidmodelle erfassen zelluläre Reaktionen mit hoher Präzision; durch die Integration von In-vitro-Organoid-Screening-Daten mit In-vivo-Klinikprofilen überwindet die Plattform die traditionellen Einschränkungen präklinischer Studien an Schwangeren und identifiziert sichere, wirksame Wirkstoffe für schwangerschaftsbedingte Erkrankungen noch vor Tierversuchen. NURTURE ist unser erster Schritt, um computergestützte Forschung und KI-Plattformen direkt in klinische Produkte umzusetzen.

ELIXIR ist eine europäische zwischenstaatliche Organisation, die Ressourcen im Bereich der Lebenswissenschaften – darunter Datenbanken, Software-Tools und Schulungsmaterialien – in den Mitgliedstaaten koordiniert, um biologische Daten zu integrieren und zugänglich zu machen. ELIXIR Deutschland wird durch de.NBI, das Deutsche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur, bereitgestellt.

Unsere Rolle

Wir leiten gemeinsam die von uns mitbegründete ELIXIR Single-Cell Omics Community; die Community legt europäische rechnergestützte Standards, Benchmarking-Protokolle, Rahmenbedingungen für die Datenarchivierung und Schulungsressourcen für die Einzelzellbiologie fest. Wir tragen zur ELIXIR-Initiative „Spatial2Galaxy“ bei, die eine skalierbare, reproduzierbare Galaxy-Plattform zur Verarbeitung und Standardisierung räumlicher Transkriptomikdaten aufbaut. Innerhalb von de.NBI und ELIXIR Germany organisieren wir die „BioHackathon Germany“-Infrastruktur und beteiligen uns daran, um die Open-Source-Entwicklung und die FAIR-Interoperabilität für die räumliche Omik voranzutreiben. Wir haben SpaceHack gegründet und koordinieren diese internationale Hackathon-Reihe, die als offizielle Veranstaltung des de.NBI BioHackathon Germany stattfindet und Bioinformatiker zusammenbringt, um Best Practices und Software-Infrastruktur für die räumliche Transkriptomik zu entwickeln.