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Technologie

Die Einzelzellanalyse – Quantensprung in Wissenschaft und Medizin

Der menschliche Körper ist ein komplexes System aus verschiedenen Organen. Die Organe wiederum werden aus unzähligen Zellen gebildet: Ein erwachsener Mensch besteht aus etwa 30 Billionen Zellen. Um eine Vorstellung davon zu bekommen, was das bedeutet: Hinter 30 Billionen steht eine gewaltige Zahl mit 13 Nullen:

 

Jede Zelle misst dabei nur einen winzigen Bruchteil eines Millimeters. Während frühere Forschergenerationen Gewebe unter dem Mikroskop untersuchten und so nur wenige Informationen, beispielsweise über Aussehen und Größe von Zellen, aus den Proben ableiten konnten, ermöglicht es die Einzelzell-Sequenzierung, die Funktion von Geweben und Organen hochaufgelöst und separat für jede einzelne der darin enthaltenen Zellen darzustellen.

Tausende von Daten pro Zelle werden so erhoben, sie definieren gewissermaßen den zellulären Fingerabdruck: ein enormer technologischer Fortschritt und nicht weniger als ein Quantensprung in Forschung und Medizin, wie das Wissenschaftsmagazin Science deutlich macht. Es wählte die Einzelzellanalyse im Jahr 2018 zum Durchbruch des Jahres.

Forschung auf Basis der einzelnen Zelle zu betreiben, wie wir es mit der Einzelzellanalyse tun, bedeutet auch: aus gigantischen Datenbergen relevante Informationen herauszufiltern. Der Forschungsstandort Würzburg gehört zu den Vorreitern dieses noch jungen Zweigs der lebenswissenschaftlichen Grundlagenforschung. Um die Fülle der so erhobenen Daten effizient zu verarbeiten und zu interpretieren, kommen weitere Technologien wie KI – Künstliche Intelligenz – und Maschinenlernen ins Spiel.

 

Bisher nicht gekannte Möglichkeiten

Ob in einem Organ oder in einer Wunde: Krankheitserreger verstecken sich oft in nur ganz wenigen der Billionen Zellen eines Menschen. Diese problematischen Zellen durch Einzelzell-Sequenzierung sehr früh und mit hoher Präzision zu erkennen, schafft bisher nicht gekannte Möglichkeiten für die medizinische Diagnostik, Früherkennung und Therapie. Von Infektionskrankheiten über Krebs bis hin zu neurodegenerativen oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen: Stellen Sie sich vor, Sie könnten sich schon deutlich vor dem Ausbruch, vor den ersten Symptomen wirksam gegen eine entstehende Krankheit wappnen und so vielleicht irreversible Schäden vermeiden? 

Die Einzelzellforschung schafft die Grundlagen für eine Präzisionsmedizin der Zukunft und trägt maßgeblich dazu bei, neuartige maßgeschneiderte, hocheffiziente Therapeutika zu entwickeln. Durch die Erfassung großer Daten und deren Analyse mit Künstlicher Intelligenz wird es künftig gelingen, zuverlässig und frühestmöglich vorherzusagen, ob und wann eine Krankheit ausbricht und wie sie verlaufen wird.

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