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Innovative Organoid-Forschung

HZI Campus

Organoide sind Miniaturmodelle menschlicher Organe, die im Labor aus Stammzellen gezüchtet werden. Diese feinen Gewebestrukturen ahmen die dreidimensionale Architektur und Funktion echter Organe nach und bieten Forschern eine einzigartige Möglichkeit biologische Prozesse besser zu verstehen. Unser Ziel ist es, die Entwicklung hochkomplexer Organoide voranzutreiben, zum Beispiel durch die Implementation von Immunzellen und Gefäßen. Auf diese Weise etablieren wir eine Plattform insbesondere für die Erforschung von Infektionen, die Durchführung von Impfstofftests und die Entwicklung innovativer Therapieansätze.

Leitung

Prof. Dr. Josef Penninger

Abteilungsleiter

0531 6181-1000 E-Mail

Unsere Forschung

Organoid eines Blutgefäßes — Endothelzellen (grün) und Perizyten (rot) im Blutgefäß-Organoid

Im Laufe der Evolution haben sämtliche Organismen, von Viren und einzelligen Mikroorganismen bis hin zum Menschen, Mechanismen auf verschiedenen Ebenen entwickelt, um sich vor inneren und äußeren Störungen zu schützen. Diese Resilienzmechanismen ermöglichen es Organismen, erfolgreich auf Veränderungen zu reagieren, ihre Lebensräume zu bewohnen und neue zu erschließen. Der genetische Konflikt zwischen Krankheitserregern und ihren Wirten treibt diese evolutionären Veränderungen maßgeblich voran. Eine Schlüsselrolle in diesem Erreger-Wirt-Konflikt bilden sogenannte Effektorproteine, die die Funktionen von Wirtszellen beeinflussen, um Krankheitsverläufe zu begünstigen und Immunreaktionen zu umgehen.

Unser Ziel ist es, durch die Schaffung einer bisher einzigartigen Sammlung offener Leserahmen (ORFs) pathogener Viren, Bakterien und Parasiten Erkenntnisse über Wirt-Pathogen-Interaktionen zu erlangen und dadurch bestehende Wissenslücken zu schließen. Diese Sammlung ermöglicht ein umfassendes Screening von Effektorproteinen in verschiedenen menschlichen und nicht-menschlichen Zelllinien mittels individueller Reporter-Assays. Dadurch wird die systematische Identifizierung von Effektor-Funktionen erleichtert. Zudem ermöglicht unsere Arbeit auf diesem Gebiet die präventive Charakterisierung von Effektoren aus Krankheitserregern mit pandemischem Potenzial, wie beispielsweise Coronaviren und andere Atemwegsviren.

Um Infektionskrankheiten zu bekämpfen, stellen sogenannte Lektine ein vielversprechendes Werkzeug dar, da sie an die Oberfläche von Mikroorganismen wie Viren, Bakterien und Pilzen binden können und somit deren Bindung an Zellen des Wirts beeinflussen. Lektine sind Proteine, die spezifisch an Kohlenhydrate binden und in einer Vielzahl von Organismen vorkommen, einschließlich dem Menschen. Durch die Hemmung der Bindung von Pathogenen an Wirtszellen können Lektine potenziell die Infektion verhindern oder zumindest eindämmen. Derzeit arbeiten wir an der Produktion einer umfassenden Bibliothek humaner und aus Nagetier stammenden Lektine, die ein breites Spektrum an in vitro- und in vivo-Screening-Anwendungen ermöglichen wird.

Unsere Organoid-Plattform dient als Grundlage für die Erforschung des Potenzials von Lektinen und das Studium der Effektorproteine. Darüber hinaus dient sie der Infektionsforschung und der Erprobung von Impfstoffen und neuartigen Behandlungen in einem für den Menschen relevanten Kontext. Hierbei wenden wir zusätzlich CRISPR-Technologie an, um Organoide genetisch zu verändern und somit einzigartige und klinisch relevante Vorgänge studieren zu können. Durch die Herstellung krankheitsspezifischer Organoide aus Patientenproben, fördern wir das Verständnis von Krankheiten und die Entwicklung von Behandlungsmethoden. Unsere Forschung wird unterstützt durch hochmoderne Robotik-Systeme zur Automatisierung von Zellkulturprozessen und erlaubt daher die optimierte und reproduzierbare Herstellung von Organoiden im Hochdurchsatz.

Durch die Einbindung innovativer Technologien und die Schaffung einer weltweit einzigartigen Sammlung von Effektorproteinen und Lektinen streben wir danach, neue Impulse für die Erforschung der Interaktionen zwischen Wirt und Erreger zu geben.