Forschungsschwerpunkte

Unsere Forschung befasst sich mit molekularen Mechanismen, die humane Stammzellen regulieren. Wir arbeiten mit hämatopoetischen, mesenchymalen und induzierten pluripotenten Stammzellen. Ein Schwerpunkt liegt auf epigenetischen Veränderungen, die während der Zelldifferenzierung, der Alterung und bei Tumorerkrankungen auftreten. Besonderes interessieren uns folgende Aspekte:

Interaktion von Stammzellen mit Biomaterialien und strukturierten Oberflächen

Es ist faszinierend, dass selbst individuelle Zellen auf mechanische Stimuli reagieren. In Kooperation mit verschiedenen Instituten für Materialforschung untersuchen wir wie Biomaterialien, Oberflächenstrukturen und Elastizität das Wachstum und die Differenzierung von Stammzellen beeinflussen. Wir wollen verstehen wie Zell-Material- und Zell-Zell-Interaktionen die Selbstorganisation, Pluripotenz und die Spezifizierung von Zellen in Kultur beeinflussen.

Epigenetische Alterung

Sowohl das Altern des Menschen als auch replikative Seneszenz während der Zellkultur in vitro sind mit funktionalen und molekularen Veränderungen verbunden. Untersuchungen der Methylierungen von bestimmten Cytosinen in der DNS können genutzt werden, um das zelluläre Alter zuverlässig zu bestimmen. Wir wollen die molekularen Mechanismen und die funktionale Bedeutung dieser „epigenetischen Uhr" besser verstehen. Auf diese Weise ist es auch möglich das chronologische Alter vom biologischen Alter zu unterscheiden. Diese Analysen werden für andere Wissenschaftler von dem Spin-Off-Unternehmen Cygenia (www.cygenia.com) angeboten.

Biomarker für die Blutentwicklung

Die zelluläre Differenzierung wird durch epigenetische Veränderungen kontrolliert. Daher sind epigenetische Muster hervorragend für die Charakterisierung von Zellen geeignet. Wir haben DNS-Biomarker entwickelt, um Zellpopulationen zu definieren. Diese Marker können verwendet werden für die Qualitätskontrolle von induzierten pluripotenten Stammzellen. Außerdem arbeiten wir an epigenetischen Blutbildern, um die Messung der Zusammensetzung von weißen Blutkörperchen (Leukozyten) anhand der DNS Methylierung zu ermöglichen. Dieses Verfahren ist auch für gefrorene Blutproben oder getrocknetes Kapillarblut aus der Fingerbeere anwendbar. Somit können Leukozytenuntersuchungen ohne eine venöse Blutentnahme beim Arzt durchgeführt werden.

Epigenetische Veränderungen bei Leukämien und anderen Tumorerkrankungen

Die Ursprungszellen von Tumoren stammen oft von Stammzellen ab. Wir untersuchen wie dieser Prozess mit bestimmen epigenetischen Veränderungen zusammenhängt, insbesondere bei verschiedenen Formen der Leukämie. Dabei interessiert uns besonders, wie epigenetische Veränderungen auf verschiedenen Chromosomen und an verschiedenen Stellen im Genom interagieren. Außerdem untersuchen wir die epigenetischen Charakteristiken von nicht malignen Krebs-assoziierten Fibroblasten, welche eine wichtige Rolle bei der Tumorentwicklung spielen.

Mechanismen für die gerichtete Veränderung der DNS Methylierungsmuster

Es ist weitgehend unbekannt auf welche Weise die komplexen epigenetischen Muster während der Differenzierung kontrolliert werden. Mittels CRISPR-Cas9 modifizieren wir Enzyme, die an dieser Regulation beteiligt sind. Außerdem verwenden wir diese Technologie, um das Netzwerk von epigenetischen Modifikationen unmittelbar zu beeinflussen. Durch diese Untersuchungen möchten wir bessere Einblicke in die epigenetischen Regulationsmechanismen erhalten und somit funktionelle Anknüpfungspunkte für Zelltherapeutika und Therapien zu ermöglichen.