Extrazelluläre Biotechnologie

In der Forschungsgruppe Extrazelluläre Biotechnologie fließt Expertise aus den Bereichen Geweberegeneration und Altern, Gefäßbiologie sowie Nanopartikel-basierte Therapien zusammen. Ihr gemeinsames Ziel ist es, die biologischen, zellulären und physikalischen Grundlagen der Gewebeheilung über die Lebensspanne hinweg besser zu verstehen und daraus diagnostische und therapeutische Strategien zu entwickeln.

Geweberegeneration und Altern

Mit zunehmendem Alter nimmt die Fähigkeit zur Regeneration von Organen und Geweben deutlich ab. Erste funktionelle Einschränkungen der Resilienz nach traumatischen Verletzungen treten bereits ab dem 45. bis 50. Lebensjahr auf. Eine wichtige Rolle dabei spielt die Ansammlung seneszenter Zellen, deren seneszenz-assoziierter sekretorischer Phänotyp (SASP) entzündungsfördernd wirkt und die Reparaturmechanismen des Körpers hemmt.

Ein Fokus der Gruppe liegt auf der Untersuchung der Funktion von miRNAs und differenziell regulierten Proteinen in seneszenten und gestressten Zellen sowie deren Auswirkungen auf die Geweberegeneration und Organalterung. Durch die Analyse von Gewebemodellen sowie die Untersuchung extrazellulärer Vesikel (EVs) wird es möglich, neue senolytische Ziele und Therapeutika zu entwickeln, die gezielt die Seneszenz bekämpfen und die regenerative Kapazität verbessern. Besonderes Augenmerk gilt der Nutzung von EVs aus mesenchymalen Stammzellen (MSCs) als Plattformtechnologie, um sowohl in jungen als auch in alternden Organismen die Heilung von Knochen, Knorpel, Haut und neuralem Gewebe zu fördern.

Gefäßbiologie

Eine funktionierende Blut- und Lymphversorgung ist Grundlage für jede Form der Geweberegeneration. Endothelzellen, die das Gefäßsystem auskleiden, sind dabei essentiell: Sie regulieren nicht nur den Blutfluss, sondern sind aktiv an Prozessen wie der Neubildung von Gefäßen (Angiogenese) beteiligt.

Daher untersucht die Gruppe als weiteren Schwerpunkt die Funktionen von Endothelzellen hinsichtlich der Neubildung und des Wachstums von Blut- und Lymphgefäßen. Ein Fokus liegt auf Co-Kulturen aus Endothelzellen und mesenchymalen Stammzellen, die im Tissue Engineering eingesetzt werden, um die Vaskularisierung von implantierten Geweben zu verbessern. Zusätzlich wird die Rolle von EVs und purinerger Signalwege in der Gefäßneubildung untersucht.

Ziel ist es dabei, Strategien für die Vaskularisierung zu entwickeln, die in der Klinik angewendet werden können. Im Mittelpunkt steht die Charakterisierung und Entwicklung von künstlich erzeugten Gefäßstrukturen. Außerdem wird die Regeneration von bereits existierenden Blut- und Lymphgefäßen erforscht.

Nanopartikel-basierte Therapien

Ergänzend zu den biologischen Forschungsansätzen verfolgt die Gruppe eine starke technologische Linie: die Entwicklung von Methoden zur quantitativen Analyse biologischer Systeme auf der Nanoskala. Dabei besteht langjährige Erfahrung in der Einzelmolekül-Fluoreszenzmikroskopie, Kraftmikroskopie sowie 2D/3D-Nanolithographie. Durch die genaue Lokalisierung und Messung der Dynamik von Biomolekülen sowie die Bestimmung molekularer Wechselwirkungen soll deren Funktion sowohl in Modellsystemen als auch in lebenden Zellen besser verstanden werden. Aktuell konzentriert sich die Forschung auf die Methodenentwicklung zur Charakterisierung und zum Verständnis physikalischer Eigenschaften einzelner Zellen, Nanobiopartikel sowie Lipide und Proteine. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Anwendung dieser Erkenntnisse auf die Entwicklung neuer Gerätetechnologien und Bildverarbeitungswerkzeuge.