Single Cell Analysis

Koordinatoren: Christos Samakovlis und Herbert Schiller

Moderne Technologien zur Einzelzellanalyse erzeugen schnell eine wachsende Anzahl von Atlanten zu Zelltypen und -zuständen in der gesunden und erkrankten Lunge. Neuartige räumliche Methoden positionieren diese Zelltypen weiter im Kontext der Gewebearchitektur und ermöglichen eine systematische Entschlüsselung lokaler Zellkommunikationsprogramme. Unter Krankheitsbedingungen treten regelmäßig ektopische oder abweichende Zelltypen oder -zustände auf; ihre Bedeutung ist jedoch oft unbekannt.

Eine herausragende Herausforderung für die medizinische Forschung besteht darin, 1) frühe Abweichungspunkte der lebenslangen zellulären Entwicklungslinien vom gesunden bis zum früher Krankheitszustand zu definieren, 2) kausative zelluläre und molekulare Aberrationen zu erklären, 3) geeignete Interventionsstellen zu identifizieren, um veränderte Gewebezustände wieder zur Homöostase zu programmieren, und 4) zelluläre Reaktionsmodi auf therapeutische Interventionen zu analysieren. Dieses Forschungsprogramm behandelt solche herausragenden Fragen, indem es aufklärt, wie multizelluläre Genprogramme in Zeit und Raum kontrolliert werden (zell-intrinsische vs. zell-extrinsische Programmierung), sowohl in der Lungenentwicklung als auch bei der Entstehung und Progression von Lungenerkrankungen. Ziel ist die Integration aller verfügbaren genetischen Daten (z. B. GWAS) mit den multizellulären Genprogrammen, um mechanistische Modelle dieser genetischen Krankheitsassoziationen zu generieren. Die Arbeitsgruppe wird eine Kombination aus räumlich aufgelösten Einzelzellgenomik- und Proteomik-Tools sowie bioinformatischer und KI-gesteuerter Datenanalyse einsetzen, um organotypische Krankheitsmodelle und klinische Kohorten mit sorgfältiger Einteilung der Krankheitsstadien oder Längsschnittdesign zu untersuchen. Um die zugrundeliegenden Krankheitsursachen anzugehen und das Ansprechen auf eine Behandlung vorherzusagen, empfehlen wir die Anwendung von Einzelzellanalysen in Interventionsexperimenten an patientenabgeleiteten Organoid-Kulturen und Präzisionslungenschnitten, die die präklinische Translation beschleunigt.