Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin

Computersimulationen machen sichtbar, wie ein wichtiges Stammzellprotein eingewickelte DNA öffnet

Das Coronavirus infiziert nicht nur die menschliche Netzhaut, sondern kann sich auch darin vermehren

Im deutschlandweiten Vergleich liegt die MPG auf Platz zwei

Auszeichnung für die maschinelle Herstellung und Analyse von menschlichen dreidimensionalen Geweben für die Arzneimittel- und Toxizitätsforschung

Forschende untersuchen, welche Materialeigenschaften die Gefäßbildung unterstützen

Hautzellen, Leberzellen, Nervenzellen – der menschliche Körper besteht aus vielen Zelltypen. Hans Schöler und sein Team am Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Münster haben es geschafft, aus diesen Spezialisten wieder teilungsfähige Generalisten zu machen. Diese können unterschiedliche Zelltypen hervorbringen und sich zu organähnlichen Strukturen entwickeln, etwa zu sogenannten Gehirnoiden. Daran untersuchen die Wissenschaftler grundlegende Abläufe im menschlichen Gehirn und die Entstehung von Krankheiten wie Parkinson.

Mit einem einzigen Faktor aus adulten Stammzellen des Gehirns lassen sich wahre Alleskönner für die regenerative Medizin züchten.

Die Implantation künstlicher Gewebe kann nur erfolgreich sein, wenn die entsprechenden Materialien das Hineinwachsen von Blutgefäßen ausgehend vom umliegenden Gewebe unterstützen. Um die dafür erforderlichen Materialeigenschaften zu bestimmen, haben wir das erste Zellkulturmodell entwickelt, das die natürliche Bildung von Blutgefäßen innerhalb eines künstlichen Gewebemodells mit unabhängig voneinander kontrollierbaren Parametern nachahmt.

Frühe Stadien von Säugetier-Embryonen sind in der Lage, in einen Ruhezustand (Diapause) einzutreten und ihre Entwicklung zu verlangsamen, wenn es die Bedingungen erfordern. Überraschenderweise stellten wir fest, dass diese scheinbar "schlafenden" Embryonen während der Stasis eine dynamische Zell-Zell-Kommunikation und eine sich umformende Gewebearchitektur aufweisen, die für die Aufrechterhaltung der embryonalen Entwicklungsfähigkeiterforderlich sind.

Die Überexpression von vier spezifischen Transkriptionsfaktoren ermöglicht die Reprogrammierung von Körperzellen in induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen), aus denen alle Zelltypen des erwachsenen Körpers entstehen können. Wir haben festgestellt, dass einer dieser Faktoren, Oct4, epigenetische Veränderungen verursacht, welche die Qualität der resultierenden iPS-Zellen wesentlich verschlechtert. Wird hingegen Oct4 weggelassen, führt dies zu iPS-Zellen mit einem Entwicklungspotenzial, wie man es bislang von iPS-Zellen nicht kannte.

Über den Blutkreislauf gelangen nicht nur Sauerstoff und Nährstoffe, sondern manchmal auch giftige Substanzen und Krankheitserreger in den Körper. Um das Gehirn besonders zu schützen, bilden die Blutgefäße des Gehirns die Blut-Hirn-Schranke aus. Unsere Untersuchungen am Zebrafisch-Gehirn zeigen, das Blutgefäßwachstum und die Bildung der Blut-Hirn-Schranke von zwei Signalkaskaden koordiniert werden. Da diese Prinzipien auch in Säugetierzellen gelten, könnte das Gleichgewicht dieser Signalkaskaden auch für Erkrankungen des Menschen und deren Therapie relevant sein.

Die korrekte dreidimensionale Organisation des Chromatins im Zellkern ist eine fundamentale Grundbedingung für das ordnungsgemäße Funktionieren des Genoms. Mutationen in Elementen, die diese Architektur bestimmen, führen zu Entwicklungsstörungen und Krebs. Bei der Bestimmung der Chromatinstruktur in präzise selektierten Entwicklungsstadien von Drosophila-Embryonen entdeckten die Max-Planck-Forscher eine dramatische Reorganisation, die zeitlich mit der zygotischen Genomaktivierung zusammenfällt.