Der menschliche Körper besteht aus etwa 75 Milliarden Zellen, deren Funktionen und Unterschiede zwischen gesunden und erkrankten Zellen von herausragendem Interesse für die Wissenschaft sind. Um diese komplexen Zusammenhänge zu verstehen, ist die Analyse großer Datenmengen unerlässlich. Forschende der Technischen Universität München (TUM) und Helmholtz Munich gehen dieser Herausforderung nach, indem sie Selbstüberwachtes Lernen an über 20 Millionen Zellen testen. Laut TUM ermöglichen Fortschritte in der Einzelzelltechnologie eine differenzierte Untersuchung von Geweben, was den Wissensstand über die Auswirkungen von Rauchen, Lungenkrebs und Covid-19 auf die Zellstrukturen der Lunge erheblich erweitern könnte.

Die Entstehung großer Datenmengen durch diese Analysen erfordert den Einsatz von Methoden des maschinellen Lernens. Diese Technologien helfen den Forschenden, Daten neu zu interpretieren und Muster zu erkennen, die zuvor möglicherweise übersehen wurden.

Einzelzell-Omics: Ein neuer Weg in der Forschung

Die Einzelzellanalyse, auch bekannt als „Einzelzell-Omics“, bietet innovative Möglichkeiten für Forschung und Medizin. Gemäß dem Ärzteblatt betont die interdisziplinäre Arbeitsgruppe „Gentechnologiebericht“ der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften die Notwendigkeit einer engen Zusammenarbeit zwischen Grundlagenforschung, klinischer Forschung und Patientenversorgung. Diese Zusammenarbeit ist entscheidend, um das volle Potenzial der Einzelzelltechnologien auszuschöpfen.

Einzelzellanalysen revolutionieren die biologische Grundlagenforschung und eröffnen neue Perspektiven für eine personenzentrierte und digitalisierte Medizin. Die Herausforderungen, die mit der Zellulären Heterogenität in Geweben verbunden sind, stellen ein Hindernis für das Verständis und die Behandlung von Krankheiten dar. Traditionelle Genomikansätze lieferten bisher oft nur gemittelte Ergebnisse über Probezellen, während die Einzelzellauflösung erst in den letzten Jahren möglich wurde.

Künftige Herausforderungen und Chancen

Um die Zukunft der Einzelzell-Omics erfolgreich zu gestalten, sind wichtige Akteure gefordert, darunter Klinikärzte, Biologen, Bioinformatiker, IT-Spezialisten sowie Entwickler medizinischer Geräte und Ingenieure. Eine effiziente Verbindung der verschiedenen Sektoren wird als essenziell für die klinische Entwicklung der Einzelzelltechnologien angesehen.

Handlungsempfehlungen zur Nutzung von Einzelzelltechnologien und -daten betonen die Bedeutung des Forschungsfeldes und die Notwendigkeit wissenschaftlicher Standards. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit erscheint unerlässlich, um die Herausforderungen in der Einzelzellforschung zu bewältigen und signifikante Fortschritte im Gesundheitswesen zu erzielen.