Modellsysteme für Infektion und Immunität

Unsere Forschung

Die MSYS-Forschungsgruppe entwickelt Modellsysteme, um die Immunantwort des Wirts auf Virusinfektionen zu untersuchen und neue Strategien gegen Infektionen zu entwickeln. Dies umfasst die (epi)genetische Manipulation von Zellen und Mäusen unter Verwendung von Werkzeugen der synthetischen Biologie. Zu den Entwicklungen gehören zellbasierte Systeme (2D- und komplexe 3D-Systeme einschließlich Organoide), die sowohl in vitro als auch nach der Transplantation in Mäuse analysiert werden. Darüber hinaus werden transgene Mausmodelle entwickelt, um die Transgenexpression räumlich und zeitlich zu steuern.

1. Umleitung von zellulären Reaktionswegen zur Bekämpfung von Infektionen

Die angeborene Immunantwort ist ein Abwehrmechanismus, der unmittelbar nach der Infektion durch eine Vielzahl von Krankheitserregern aktiviert wird. In diesem Prozess werden komplexe zelluläre Regulationskaskaden in Gang gesetzt, die auf unterschiedliche Weise die Immunabwehr ermöglichen. Wir entwickeln neue zelluläre Systeme, in denen synthetische Regulationsmodule in diese natürlichen Kaskaden integriert werden. Dieser innovative Ansatz erlaubt es uns, die Signalkaskaden so zu verändern, dass Infektionen nicht nur sichtbar werden, sondern auch gezielt therapeutische Effekte auslösen – und das  bedarfsabhängig und kontrolliert. Darüber hinaus eröffnet der Einsatz synthetisch-biologischer Methoden die Möglichkeit, therapeutische Reaktionen zu modulieren – etwa durch Verstärkung oder auch Aufrechterhaltung der Reaktion, für den Fall, dass das auslösende Signal nachlässt. Mit dieser Strategie sind wir in der Lage, theranostische Zellen zu konstruieren, die spezifische Infektionssignale erkennen und therapeutische Reaktionen initiieren, die der Infektion aber auch den daraus resultierenden pathologischen Reaktionen entgegenwirken.

2. Zellvermittelter Transport und kontrollierte Freisetzung von Wirkstoffen

Die systemische Verabreichung von Medikamenten führt häufig zu unerwünschten Nebenwirkungen in gesunden, nicht-infizierten Organen, was die Menge an einsetzbarem Wirkstoff begrenzt und bestimmte Substanzen sogar von einem klinischen Einsatz ausschließt. Um dieses Problem zu umgehen, entwickeln wir Strategien, bei denen Wirkstoff-beladene Nano- und Mikropartikel gezielt zu den Infektionsherden transportiert werden. Dabei nutzen wir zwei herausragende Eigenschaften von Makrophagen: ihre Fähigkeit, Partikel aufzunehmen, und ihre natürliche Wanderung zu den Infektionsstellen. Zur räumlich präzisen und bedarfsgerechten Freisetzung der Medikamente aus den partikelbeladenen Zellen setzen wir externe Signale wie therapeutischen Ultraschall oder magnetische Wechselfelder ein.

3. Untersuchung Infektionen, die auf den Menschen beschränkt sind

Die Untersuchung von Abwehrreaktionen gegen Infektionserreger, die ausschließlich den Menschen betreffen, erfordert die Verwendung menschlicher Zellen. Allerdings ist die Verfügbarkeit und Qualität dieser Zellen ist oft begrenzt. Die MSYS-Forschungsgruppe entwickelt Strategien zur Vermehrung menschlicher Zellen unter Beibehaltung ihrer zelltypspezifischen Eigenschaften. Durch die Integration dieser Zellen in 2D/3D-(Ko-) Kultursysteme eröffnen sich neue Möglichkeiten, die Reaktionen des Wirts und die infektionsbedingten Auswirkungen auf die Zellfunktionen in prädiktiven Modellsystemen zu erfassen. Der Fokus unserer Forschungsprojekte liegt auf SARS-CoV-2 sowie auf Herpesvirus-Infektionen wie HCMV und KSHV. Diese Systeme werden kontinuierlich weiterentwickelt, um neue antivirale Verbindungen zu testen und zu validieren.