Single Cell Ansätze für die personalisierte Medizin

Um die hoch-innovativen Einzelzell-Technologien so rasch wie möglich für eine effektive Translation klinisch nutzbar zu machen, begründet das Berlin Institute of Health eine gemeinsam getragene, enge interdisziplinäre Kooperation, in welche das BIH und die Charité – Universitätsmedizin Berlin kliniknahe Expertisen (Bioinformatik, Bildgebung, Maschinelles Lernen, Onkologie, Neurologie, Dermatologie, Biobanken, Diagnostik und Biomarker) und das Max-Delbrück-Centrum/BIMSB technologische und wissenschaftliche Expertise auf dem Gebiet der Einzelzellbiologie und Genregulation einbringen.

Single Cell Technologien für personalisierte Medizin bilden einen Forschungungsfokus des BIH, der Charité und des Max-Delbrück-Centrums (MDC). 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“. 

Die Umsetzung stützt sich auf zwei Säulen:

Die Etablierung von drei Brücken-Nachwuchsgruppen von BIH, MDC/ 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 Technologien 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 Technologien 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.

Arbeitsgruppen

AG Simon 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.

AG Stefanie Großwendt

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AG Leif Ludwig

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AG Ashley Sanders

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.

Steuerungskomitee

Funktion

Name

Position

Sprecher

Prof. Nikolaus Rajewsky

Gruppenleiter "Systembiologie von Gen-regulatorischen Elementen", MDC

stellv. Sprecherin

Prof. Angelika Eggert

Direktorin Klinik für Pädiatrie m.S. Onkologie und Hämatologie, Charité – Universitätsmedizin Berlin

Mitglied

Prof. Frank Heppner

Direktor Institut für Neuropathologie, Charité – Universitätsmedizin Berlin

Mitglied

Prof. Norbert Hübner

Gruppenleiter "Experimentelle Genetik von Herz- Kreislauferkrankungen", MDC

Mitglied

Dr. Jan Philipp Junker

Gruppenleiter "Quantitative Entwicklungsbiologie", MDC

Mitglied

Prof. Ulrich Keilholz

Direktor des Charité Comprehensive Cancer Center (CCCC), Charité – Universitätsmedizin Berlin

Mitglied

Prof. Ana Pombo

Gruppenleiterin "Epigenetische Regulation und Chromatinstruktur", MDC

Mitglied

Prof. Frank Tacke

Klinikdirektor der Medizinischen Klinik mit Schwerpunkt Hepatologie und Gastroenterologie, Charité – Universitätsmedizin Berlin