Die moderne Wissenschaft sucht stets nach Wegen, die komplexen Mechanismen des Lebens auf immer detaillierteren Ebenen zu entschlüsseln. Ein Schlüsselbereich hierfür ist die räumliche Biologie, die es ermöglicht, die Zusammensetzung und Organisation von Zellen und Molekülen innerhalb ihrer natürlichen Gewebeumgebung zu verstehen. Hier spielt die Nano-Technologie eine entscheidende Rolle, indem sie innovative Plattformen bereitstellt, die präzise Analysen auf molekularer und zellulärer Ebene ermöglichen. Durch den Einsatz modernster nano-technologischer Ansätze, wie sie von führenden Unternehmen wie NanoString und Canopy Biosciences entwickelt werden, können Forscher Gewebe wie nie zuvor erkunden und tiefgreifende Einblicke in Transkriptomik, Proteomik und Genomik gewinnen. Diese fortschrittlichen Lösungen transformieren unser Verständnis von Krankheiten und biologischen Prozessen.
Ein tiefgreifendes Verständnis der biologischen Prozesse erfordert nicht nur die Identifizierung einzelner Moleküle, sondern auch die Kenntnis ihrer genauen Position und Interaktion im Zellverband. Die Nanotechnologie liefert hierfür die notwendigen Werkzeuge, um diese feinen Strukturen zu visualisieren und zu quantifizieren. Dies eröffnet neue Möglichkeiten in der personalisierten Medizin und der Entwicklung innovativer Therapien. Um diesen Fortschritt weiter voranzutreiben, können auch individuelle Förderprogramme eine Rolle spielen, die beispielsweise durch ein Chancen durch SBB Aufstiegsstipendium den Weg für spezialisierte Fachkräfte ebnen.
Fortschrittliche Nano-Plattformen für die räumliche Analyse
Die Landschaft der räumlichen Biologie wird durch eine Reihe hochmoderner, nano-technologischer Instrumente revolutioniert, die die Grenzen des Möglichen verschieben. Diese Plattformen bieten beispiellose Präzision und Tiefe bei der Analyse komplexer biologischer Proben.
CosMx® Spatial Molecular Imager (SMI): Einzelzell-Bildgebung mit hoher Plexität
Die CosMx® Spatial Molecular Imager-Plattform ist ein Paradebeispiel für den Einsatz von Nano-Technologie in der Einzelzell-Bildgebung. Sie ermöglicht hoch-plexe, multiomische und räumliche Einzelzell-Bildgebung, die tiefere Einblicke in die Zelltlas-Erstellung, zelluläre Interaktionen und die Biomarker-Entdeckung liefert. Diese Technologie kann Tausende von Genen oder Proteinen gleichzeitig auf Einzelzellebene im Gewebekontext analysieren und bietet eine Auflösung, die weit über herkömmliche Methoden hinausgeht. Die CosMx Human Whole Transcriptome Assay ermöglicht es, das gesamte Transkriptom mit beispielloser räumlicher Auflösung zu untersuchen.
Dr. Grant Kolar, Direktor des Research Microscopy and Histology Core an der St. Louis University School of Medicine, betont die Bedeutung des Geräts: „Das CosMx SMI-Instrument ist zu einem integralen Bestandteil der zukünftigen Ausrichtung unseres Labors geworden, und die Reaktionsfähigkeit und das Fachwissen des Kundensupports dafür und für die AtoMx SIP waren absolut fantastisch.“
Dr. Holger Heyn, Teamleiter der Single Cell Genomics Group am CNAG in Spanien, ergänzt: „Das CosMx SMI ergänzte unsere Bemühungen, zusammen mit unseren Partnern des Human Cell Atlas-Projekts Organatlanten des gesunden menschlichen Systems zu erstellen. Es ermöglichte uns, Einzelzell-Referenzkarten direkt in Organen zu visualisieren. Der Umfang des 1000-Plex-Genpanels mit bildgeführter Zellsegmentierung macht das CosMx SMI zu einer einzigartigen Plattform für räumliche Genomik!“
CosMx Spatial Molecular Imager zur Untersuchung der räumlichen BiologieCosMx® Spatial Molecular Imager ist eine Schlüsseltechnologie zur detaillierten Einzelzellanalyse im Gewebekontext.
GeoMx® Digital Spatial Profiler: Umfangreiche Profilerstellung von Gewebeabschnitten
Der GeoMx® Digital Spatial Profiler ist eine weitere nano-technologische Errungenschaft, die es Forschern ermöglicht, das gesamte Transkriptom und über 570 Proteine aus FFPE- und frisch gefrorenen Gewebeproben räumlich zu profilieren. Diese Plattform kombiniert traditionelle Histologie mit modernster molekularer Analyse, um präzise, regionsspezifische Daten aus komplexen Gewebeumgebungen zu gewinnen. Die Fähigkeit, spezifische Regionen innerhalb eines Gewebes auszuwählen und dort die Gen- und Proteinexpression zu messen, ist entscheidend für das Verständnis der Mikroarchitektur von Krankheiten. Ein tiefgehendes Handbuch Bildung könnte hier wissenschaftliche Grundlagen detailliert beleuchten.
Dr. Nigel B Jamieson, Professor für Chirurgie an der University of Glasgow, UK, unterstreicht die Vielseitigkeit des CosMx SMI: „Wir sind beeindruckt von der Benutzerfreundlichkeit, mit der das CosMx SMI die räumliche Einzelzell-Transkriptomik über verschiedene Gewebetypen hinweg ermöglichte, selbst in archiviertem FFPE-Gewebe. Der hoch-plexe Protein-Assay macht das CosMx SMI zu einer echten multiomischen Lösung. Die große Erfassungsfläche des CosMx SMI ermöglicht die Analyse wertvoller klinischer Studienproben mittels Gewebe-Microarrays, was die Charakterisierung von Hunderten von Proben pro Woche ermöglicht.“
Nina Radosevic, MD, Chirurgische & Molekulare Pathologin an der Universität Clermont Auvergne, INSERM, Centre Jean Perrin, erklärt: „Es gibt eine große Bewegung, die Mikroumgebungen von Krebserkrankungen in verschiedenen Organen zu untersuchen, da bekannt ist, dass die Immuntherapie nicht bei allen Krebsarten gleich wirkt. GeoMx wird für uns der Schlüssel sein, diese Mechanismen zu verstehen. Es wird Dinge sehen können, von denen wir nur geträumt haben – es wird revolutionär sein.“
nCounter® Analysis System: Digitale Genexpressionsanalyse
Das nCounter® Analysis System bietet eine schnelle und direkte digitale Detektion von bis zu 800 Genen, was eine zügige Übersetzung wissenschaftlicher Entdeckungen in umsetzbare Genexpressionserkenntnisse ermöglicht. Diese nano-technologisch gestützte Plattform ist bekannt für ihre Robustheit und Flexibilität, selbst bei schwierigen Proben. Sie liefert quantifizierbare, hochauflösende Genexpressionsdaten ohne Notwendigkeit einer Amplifikation. Die Verlässlichkeit dieser Technologie macht sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug in vielen Forschungsbereichen.
E. Aubrey Thompson, PhD, Professor für Krebsbiologie an der Mayo Clinic, bemerkt: „Die NanoString-Krebs-Panels im Allgemeinen und das Breast Cancer 360 Panel im Besonderen, in Kombination mit den herausragenden Analysewerkzeugen, die von NanoString entwickelt wurden, bieten unkomplizierte, informatikreiche Werkzeuge zur Charakterisierung der funktionellen genomischen Landschaft von Brustkrebs.“
Emily Schwarz von der Ohio State University hebt die Leistungsfähigkeit des nCounter hervor: „[nCounter] ermöglichte es uns, über Jahre gelagerte, flash-gefrorene Paraffin-eingebettete Gewebe zu verwenden, die nicht unbedingt die beste RNA-Qualität hatten, und trotzdem wirklich großartige Daten daraus zu erhalten.“
nCounter Pro Analysis System in AufsichtDas nCounter® Analysis System bietet eine robuste und flexible Plattform für die digitale Genexpressionsanalyse.
CellScape™ Precise Spatial Proteomics: Quantitatives Phänotyping mit hoher Plexität
Die CellScape™ Precise Spatial Proteomics-Plattform ermöglicht die hoch-plexe räumliche Proteindetektion und das quantitative Phänotyping. Angetrieben durch ein erstklassiges Bildgebungssystem und einen unkomplizierten, flexiblen Workflow, liefert CellScape™ präzise Daten über die Proteinverteilung und -expression auf Einzelzellebene im Gewebekontext. Diese nano-technologische Entwicklung ist entscheidend für das Verständnis zellulärer Interaktionen und Signalwege, die in verschiedenen biologischen Prozessen und Krankheiten eine Rolle spielen. Ein SBB Stipendium könnte angehende Wissenschaftler dabei unterstützen, solche fortschrittlichen Technologien zu erforschen.
CellScape Precise Spatial Proteomics GerätCellScape™ Precise Spatial Proteomics liefert präzise Daten zur Proteinverteilung auf Einzelzellebene.
Die Auswirkungen der Nano-Technologie in der Forschung
Die Fortschritte in der Nano-Technologie haben die räumliche Biologie in eine neue Ära geführt. Forscher können nun Gewebe mit einer beispiellosen Detaillierung untersuchen, was zu einem tieferen Verständnis von Krankheitspathologien und der Entwicklung neuer therapeutischer Strategien führt. Von der Krebsforschung bis zur Neurowissenschaft ermöglichen diese Werkzeuge die Entdeckung neuer Biomarker und die Kartierung zellulärer Interaktionen, die zuvor unsichtbar waren.
Miranda Orr, PhD, Assistenzprofessorin für Gerontologie und Geriatrische Medizin an der Wake Forest School of Medicine, unterstreicht die Synergie: „Der GeoMx DSP ist ein Arbeitstier im Labor für Hypothesentests… Als Ergänzung zur Einzelneuron-Auflösung von GeoMx verlassen wir uns auf den CosMx SMI, um echte subzelluläre räumliche Analysen zu erzielen und Zell-Zell-Interaktionen aufzudecken… NanoStrings konsequente Fortschritte in der Panel-Entwicklung und Plexität geben uns das Vertrauen, dass sie Neurowissenschaftler weiterhin befähigen werden, komplexe Fragen zu erforschen.“
Troy McEachron, PhD, Assistenzprofessor für Forschung an der University of Southern California, fügt hinzu: „Wir planen, das nCounter PanCancer IO 360 Genexpressionspanel zu nutzen, während wir mit dem GeoMx-System zur digitalen räumlichen Profilerstellung übergehen, um einige unserer Gensignaturen zu generieren und neue Regionen von Interesse zu erkunden.“
Diese hochmodernen Lösungen sind nicht nur Werkzeuge, sondern Katalysatoren für das Verständnis. Mit über 7.000 Publikationen, die durch NanoString-Technologien ermöglicht wurden, von der Onkologie bis zur Biomarker-Entdeckung, wird der Einfluss der Nanotechnologie in der Biologie immer deutlicher. Der Bereich der räumlichen Biologie wächst rasant, und es gibt spannende Karrierewege für diejenigen, die an dieser Revolution teilhaben möchten. Das Institut für berufliche Bildung könnte hier wichtige Anlaufstellen für Weiterbildung bieten.
GeoMx Digital Spatial Profiler für räumliche BiologieDer GeoMx® Digital Spatial Profiler ermöglicht eine umfassende räumliche Profilerstellung von Geweben.
Fazit
Die Nano-Technologie ist das Fundament für die bahnbrechenden Fortschritte in der räumlichen Biologie. Durch innovative Plattformen wie CosMx, GeoMx, nCounter und CellScape erhalten Forscher die Möglichkeit, die biologische Komplexität auf einer bisher unerreichten Ebene zu entschlüsseln. Diese Technologien liefern nicht nur detaillierte molekulare und zelluläre Daten, sondern ermöglichen auch die Visualisierung dieser Informationen im räumlichen Kontext des Gewebes. Die kontinuierliche Entwicklung in diesem Bereich verspricht weitere revolutionäre Entdeckungen, die unser Verständnis von Gesundheit und Krankheit grundlegend verändern und neue Wege für Diagnostik und Therapie eröffnen werden. Die Investition in Forschung und Bildung in diesem Bereich, möglicherweise durch ein Stipendium SBB, wird weiterhin entscheidend sein, um diese spannende Entwicklung voranzutreiben und die nächste Generation von Wissenschaftlern zu formen, die an der Spitze dieser technologischen Revolution stehen.