Department of Cell Biology
Since several decades, our research focuses on the biology and signaling of the transcription factor NF-kB, a key player in neuroprotection, (neuro)inflammation, (stem) cell proliferation and cancer formation. We are particularly interested in understanding NF-kB-signalling in the context of the nervous system and its disorders. Here, we apply knockout mouse lines to investigate the role of NF-kB in neuroprotection, memory formation, neuronal circuit development and neurogenesis in the adult aging hippocampus.
Our research also aims to understand the role of NF-kB in proliferation and differentiation of stem cells in the context of clinical applications. We are currently investigating this research topic using adult human neural crest-derived stem cells, human induced pluripotent stem cells and mouse embryonic stem cells but are also searching for novel human stem cells sources. On technoells in the context of differentiation.
We are always looking for a highly motivated Bachelor- or Masterstudents, please feel free to contact us in case you are interested in our research topics.
Sat1-Videobeitrag zum neuen Corona-Testverfahren.
Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden - und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von Menschen testen. Zellbiolog*innen der Universität Bielefeld haben nun mit mehreren Kooperationspartnern in einer Studie ein Verfahren entwickelt, das rund zehnmal schneller ein Ergebnis liefert. „Der Test dauert nur rund 16 Minuten“, sagt Professor Dr. Christian Kaltschmidt vom Lehrstuhl für Zellbiologie der Universität Bielefeld. „Die Methode ist zudem günstiger als die herkömmlichen Tests.“
Weltweit sind inzwischen mehr als zehn Millionen Infektionen mit dem Coronavirus bestätigt. Einen wirksamen Impfstoff oder eine Therapie gegen SARS-CoV-2 gibt es bislang nicht. Hinzu kommt: Nicht jede infizierte Person entwickelt auch Symptome. Die wirksamste Methode, um die Verbreitung einzudämmen, sind im Moment deshalb Tests: Wer sich infiziert hat, wird isoliert und verbreitet das Virus nicht.
Das gängigste Verfahren, um zu testen, ob sich jemand mit SARS-CoV-2 infiziert hat, sind sogenannte PCR-Tests. Sie nutzen das genetische Material des Virus als Grundlage. Das haben auch die Bielefelder Wissenschaftler*innen in ihrer Studie gemacht. PCR-Tests laufen immer nach einem ähnlichen Schema ab. Zunächst wird genetisches Material einer Testperson benötigt. Dies wird in der Regel durch einen Abstrich im Mund-, Nasen- oder Rachenraum gewonnen. „Wenn ein Mensch sich mit SARS-CoV-2 angesteckt hat, dann ist in der Probe auch genetisches Material des Virus enthalten, das als sogenannte RNA vorliegt“, sagt Kaltschmidt. Die RNA-Moleküle werden in einem chemischen Verfahren isoliert. Allerdings ist danach zu wenig RNA enthalten, als dass ein Test sie sofort nachweisen könnte. Deshalb muss sie vervielfältigt werden.
Das geschieht bei einer sogenannten Polymerase-Kettenreaktion, die dem PCR-Verfahren seinen Namen gegeben hat (Polymerase Chain-Reaction). Sie läuft in einem Gerät ab, das sich Thermocycler nennt. Es fährt die Temperatur nach einem vorher festgelegten Programm hoch und wieder herunter. In Kombination mit bestimmten Zusatzstoffen, einem Enzym mit Kopierfunktion und Stabilität bei hoher Temperatur vervielfältigt sich dadurch das genetische Material, bis so viel vorhanden ist, dass sich damit SARS-CoV-2 nachweisen lässt – sofern jemand infiziert ist.
Die Bielefelder Forschenden haben bei ihrem Verfahren einen speziellen Thermocycler eingesetzt – den NEXTGENPCR. Durch das besondere Design, das mehrere Temperaturzonen umfasst, laufen die Reaktionen in dem Gerät besonders effektiv und vollautomatisch ab. „Beim Vorgehen haben wir uns am sogenannten Drosten-Protokoll der Berliner Charité und am Protokoll des Centers of Disease Control and Prevention in Atlanta orientiert“, sagt Kaltschmidt. Das sind Standards für Tests auf SARS-CoV-2. Die Forschenden konnten mit ihrer Methode die Ergebnisse herkömmlicher PCR-Tests wiederholen – nur in deutlich kürzerer Zeit und mit weniger Aufwand.
Entwickelt hat den Thermocycler das niederländische Unternehmen Molecular Biology Systems B.V. Für die Tests auf das Coronavirus schrieben die Entwickler eine Software, die sowohl die benötigte Zeit als auch die Arbeitsschritte verringert. „Wir haben dazu sehr viele positive Rückmeldungen erhalten“, sagt Gert de Vos, Gründer und Geschäftsführer von Molecular Biology Systems. Das Gerät kann mehrere Proben parallel analysieren – damit sind mit einem einzigen Thermocycler pro Stunde rund 570 Auswertungen möglich. Molecular Biology Systems arbeitet inzwischen mit Regierungen und privaten Laboren in den USA, Europa, dem mittleren Osten und Afrika zusammen.
Kaltschmidt sieht viele Vorteile in dem neuen Verfahren. So könnte ein solcher Test vor allem dort zum Einsatz kommen, wo schnelle Ergebnisse gefragt sind. „Wenn beispielsweise Kreuzfahrtschiffe ihren Betrieb wieder aufnehmen, könnten sie in kurzer Zeit jede Person testen, bevor sie an Bord geht.“
Beteiligt an der Studie waren zudem das Herz- und Diabeteszentrum NRW in Bad Oeynhausen, die Arbeitsgruppe molekulare Neurobiologie der Universität Bielefeld, das Evangelische Klinikum Bethel sowie der Forschungsverbund Biomedizin Bielefeld OWL e.V.
Blutplasma wirkt sich positiv auf Zellteilung und Regenerationsfähigkeit von menschlichen Herzstammzellen aus
Wissenschaftler aus Bad Oeynhausen und Bielefeld haben jetzt erstmals einen Verjüngungseffekt von Blutplasma auf isolierte menschliche Herzstammzellen nachgewiesen. Die in Zusammenarbeit von Prof. Dr. Cornelius Knabbe, Institut für Laboratoriums- und Transfusionsmedizin am Herz- und Diabeteszentrum NRW (HDZ NRW), Bad Oeynhausen, Prof. Dr. Barbara Kaltschmidt und Prof. Dr. Christian Kaltschmidt, Lehrstuhl für Zellbiologie, Universität Bielefeld, mit Prof. Dr. Jan Gummert, Klinik für Thorax- und Kardiovaskularchirurgie (HDZ NRW) durchgeführte Studie untersucht erstmals die Wirkung von Blutplasma auf menschliche Stammzellen, die aus Herzgewebe isoliert wurden. (Cells 2020, 9, 1472).
Ostwestfälische Forschungskooperation: (v.l.) Prof. Dr. Barbara Kaltschmidt, Prof. Dr. Cornelius Knabbe, Anna Höving und Prof. Dr. Christian Kaltschmidt (Foto: Marcel Mompour).
Ein wesentliches Kennzeichen des Zellalterungsprozesses ist, dass die Zellen in verschiedenen Geweben meist nach einer bestimmten Anzahl von Zellteilungen ihr Wachstum einstellen. Dieser Prozess wird begleitet von einer nachlassenden Regenerationsfähigkeit ruhender Stammzellen und führt allgemein zu einer Verschlechterung der Organfunktion. Die Biologin Anna Höving hat Herzstammzellen aus menschlichem Herzgewebe isoliert und untersucht, welche biologischen Faktoren das Zellwachstum anregen bzw. die Zelldegeneration (Seneszenz) hemmen könnten.
„Von menschlichen Bindegewebszellen zum Beispiel weiß man, dass sie sich unbegrenzt vermehren können, wenn ihnen ein bestimmtes Gen zugeführt wird“, erläutert die Doktorandin von Prof. Knabbe und Prof. Kaltschmidt.
Ausgehend von ihren Arbeiten am Institut für Laboratoriums- und Transfusionsmedizin und der Klinik für Thorax- und Kardiovaskularchirurgie am HDZ NRW, Bad Oeynhausen, entdeckte Höving im Rahmen ihrer Dissertationsarbeit am Lehrstuhl für Zellbiologie der Universität Bielefeld, dass von Spendern gewonnenes Blutplasma einen solchen Effekt bei Herzstammzellen auszulösen scheint. Die molekulare Analyse von Zehntausenden von Signalmolekülen und Botenstoffen ergab eine Aktivierung des MAP-Kinase Signalweges (p38 MAP Kinase) durch Inhaltstoffe von Blutplasma, die insbesondere bei jungen Plasmaspenderinnen gefunden wurden.
Da Stammzellen in Herzmuskelzellen und andere Zellen verwandelt und somit als quasi „unsterbliche“ Zelllinie vermehrt werden könnten, eröffnet dieser Ansatz neue Therapiemöglichkeiten für Patienten mit Herz- Kreislauferkrankungen, insbesondere hinsichtlich des Regenerationspotentials von Herzgewebe nach einem Infarkt oder bei chronischer Herzschwäche. Die Forschungsarbeit wurde begründet durch eine Anschubfinanzierung aus dem Forschungsfond OWL, den die Universitäten Bielefeld und Bochum auf Initiative des Landes NRW 2016 zur Förderung transdisziplinärer, medizinrelevanter Kooperationen in der Region Ostwestfalen-Lippe eingerichtet haben.
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