Biomedizinisches Labor

Das biomedizinische Labor des Instituts umfasst nahezu 900 Quadratmeter und ist in großzügige offene Laborflächen sowie in spezialisierte Räume für bestimmte Arbeitsabläufe gegliedert. Unsere Forschenden wollen die molekularen Prozesse verstehen, die Krankheiten zugrunde liegen, und spezifische genetische Mutationen identifizieren und modellieren. Dafür nutzen sie zunächst statistische und bioinformatische Ansätze – darunter genomweite Assoziations- und Kopplungsstudien sowie Next-Generation-Sequencing-Technologien –, um relevante Gene und Mutationen zu identifizieren. Sobald genetische Veränderungen gefunden werden, die zur Krankheitsentstehung beitragen, werden zelluläre Modelle eingesetzt, um die Auswirkungen dieser Variationen auf zellulärer Ebene zu untersuchen.

Eine Vielzahl an Technologien des Labors unterstützt diese Arbeit – von der klassischen DNA- und Proteinanalytik bis hin zu komplexen molekularen Charakterisierungen. Im Zentrum unserer Forschung stehen fortschrittliche Modellsysteme, die menschliches Gewebe und Krankheitsmechanismen realitätsnah nachbilden. Dabei gehen wir über traditionelle 2D-Zellkulturen hinaus und entwickeln 3D-Modelle, die die Vielfalt und Organisation menschlicher Gewebe widerspiegeln. Dazu gehören Organoide, also miniaturisierte organähnliche Strukturen aus Stammzellen; Assembloide, die mehrere Organoide oder Zelltypen kombinieren, um die Interaktion zwischen Organen zu simulieren; biotechnologisch erzeugte menschliche Gewebe (EHT - engineered human tissues), die die Architektur echter Gewebe nachbilden; sowie mikrophysiologische Systeme – auch Organ-on-Chip genannt – bei denen mikrofluidische Geräte zentrale physiologische Funktionen eines Organs imitieren. Diese Modelle stammen entweder aus Referenzzelllinien, werden mithilfe von CRISPR/Cas9 gezielt verändert oder aus unserer Biobank gewonnen, die Proben von über 13.000 Teilnehmenden unserer Bevölkerungsstudie CHRIS umfasst.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Elektrophysiologie. Mithilfe von Microelectrode Array (MEA)-Systemen untersuchen wir die elektrischen Eigenschaften unserer Zellmodelle. So können neuronale Aktivität, Herzfunktionen und andere elektrisch aktive Systeme analysiert und wichtige Einblicke in Krankheitsmechanismen und potenzielle Therapieansätze gewonnen werden.

Schließlich ermöglicht uns die Mikroskopie, Veränderungen auf Zell- und Gewebeebene mit höchster Präzision sichtbar zu machen. Unsere Bildgebungseinheit umfasst derzeit ein Leica SP8 Konfokalmikroskop mit Weißlichtlaser für hochauflösende Aufnahmen sowie ein Nikon Ti2-E Inversmikroskop, das sowohl für Weitfeld- als auch für Konfokalaufnahmen ausgestattet ist. Die Weitfeldfunktion des Nikon erlaubt großflächige Bildaufnahmen mit einer DS-Qi2-Kamera, während die Konfokalfunktion auf einem Spinning-Disk-System mit LED-Beleuchtung und einer Lumencor Spectra X Chroma-Kamera basiert. Zudem zählt ein Opera Phenix Plus High-Content-Imaging-System, das fortschrittliche spektrale Bildgebung mit ultraschneller Abtastung für komplexe biologische Proben kombiniert, zu unserer Ausstattung.