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Labor für Molekulare Zellbiologie (LMZ)

Wir verbinden Forschung mit der klinischen Anwendung

Das Labor für Molekulare Zellbiologie am Elbe Klinikum Buxtehude verbindet Patientenversorgung, Diagnostik und Qualitätssicherung mit klinischen Studien und innovativer Forschung. Ein Schwerpunkt ist die Erforschung UV-bedingter Hautkrebsentstehung und der zugrunde liegenden epigenetischen Veränderungen.

Über das Labor

Das Labor für Molekulare Zellbiologie (LMZ) am Elbe Klinikum Buxtehude ist seit 1996 Teil der Klinik für Dermatologie und verbindet wissenschaftliche Forschung, moderne Diagnostik und klinische Anwendung. Zu den Untersuchungsschwerpunkten zählen zelluläre, molekulare, genetische und epigenetische Mechanismen der durch UV-Strahlung verursachten Hautkrebsentstehung.

Im Mittelpunkt der Forschung stehen die häufigsten Formen von Hautkrebs – das maligne Melanom (MM), das Basalzellkarzinom (BCC) und das Plattenepithelkarzinom (SCC). Ziel ist es, die grundlegenden Prozesse der Tumorentwicklung besser zu verstehen und daraus neue Ansätze für Prävention, Diagnostik, Prognose und Therapie abzuleiten. Angesichts von rund 300.000 Neuerkrankungen pro Jahr allein in Deutschland leistet diese Forschung einen wichtigen Beitrag zur Bekämpfung einer der weltweit häufigsten Krebserkrankungen.

Die wissenschaftliche Arbeit des LMZ wird seit vielen Jahren durch Drittmittel gefördert, unter anderem durch Bundesministerien und die Deutsche Krebshilfe. Darüber hinaus beteiligt sich das Labor erfolgreich an Industrieprojekten und kooperiert mit zahlreichen Forschungspartnern. Durch die enge Vernetzung mit nationalen und internationalen Einrichtungen, darunter das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg und die Harvard University, entstehen innovative Forschungsprojekte mit hoher klinischer Relevanz.
 

Neben der Forschung unterstützt das Labor die Patientenversorgung durch ein breites Spektrum diagnostischer Leistungen. Dazu gehören molekularbiologische Analysen von Tumor-DNA, allergologische und mykologische Untersuchungen sowie Maßnahmen zur Qualitätssicherung in der UV-Therapie. Für diese Arbeiten kommen moderne Methoden wie quantitative PCR (qPCR), Pyrosequenzierung, Immunhistochemie, Durchflusszytometrie, konfokale Laserscanning-Mikroskopie und Next-Generation-Sequencing zum Einsatz.

Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Übertragung wissenschaftlicher Erkenntnisse in die klinische Praxis. Das Labor arbeitet eng mit den klinischen Fachabteilungen der Elbe Kliniken Stade-Buxtehude sowie mit Tumorzentren zusammen, um neue Konzepte für eine personalisierte Diagnostik und Therapie zu entwickeln. Die Mitarbeit in nationalen und internationalen Fachgremien, darunter die Strahlenschutzkommission (SSK) und die Weltgesundheitsorganisation (WHO), trägt dazu bei, Forschungsergebnisse unmittelbar in Maßnahmen zur Hautkrebsprävention einfließen zu lassen.

Darüber hinaus engagiert sich das LMZ in der Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses und betreut medizinische sowie naturwissenschaftliche Abschlussarbeiten. Zahlreiche wissenschaftliche Publikationen dokumentieren die Forschungsleistungen des Labors und tragen dazu bei, die Patientenversorgung kontinuierlich weiterzuentwickeln.

Leistungen & Forschung

Unser Team unterstützt die Elbe Kliniken mit einem breiten Spektrum moderner diagnostischer Verfahren zur Patientenversorgung. Dazu gehören die Analyse von Tumor-DNA, der molekularbiologische Nachweis von Infektionserregern sowie allergologische Untersuchungen, bei denen spezifische Antikörper im Blut identifiziert werden.

Molekularbiologische Techniken:

  • qPCR (DNA/RNA)
  • Pyrosequenzierung
  • microRNA-Assays
  • Elektrophorese
  • Chromosomenpräparation
  • Next Generation Sequencing (NGS)

Zellbiologische Techniken:

  • Bestrahlung mit verschiedenen Strahlenqualitäten (UVA, UVB, IR-A, VIS, Solares Spektrum)
  • Transfektion
  • Isolierung von primären Hautzellen (dermale Stammzellen, Fibroblasten, Melanozyten, Keratinozyten), Melanomzellen, Plattenepithelkarzinomzellen
  • Kultivierung etablierter Zelllinien und primärer Zellen
  • Fluoreszenz- und Lichtmikroskopie
  • Konfokale Laser Scanning Mikroskopie
  • Durchflusszytometrie
  • Immunhistochemie
  • MACS (Magnetic-Activated Cell Sorting)
  • PBMC (Peripheral Blood Mononuclear Cells) Präparation/Dichtegradienten-Zentrifugation mit Ficoll

Proteinanalyse und 

  • Western Blot
  • ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay)
  • CLIA (Chemiluminescent Immunoassay

weitere Methoden:

  • Exosomenaufreinigung und -analyse
  • Präparation von Gefrierschnitten/Cryocuts
  • Bioinformatik

In enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Pathologie erfolgt die Analyse genetischer Veränderungen/Mutationen im Tumorgewebe mittels Sequenzierung in einem akkreditierten Verfahren. Die Diagnostik wird zeitnah direkt vor Ort durchgeführt. Die identifizierten Mutationen ermöglichen die Ableitung einer personalisierten Therapie, die gezielt auf die molekularen Eigenschaften des Tumors abgestimmt ist.

Für den Nachweis von Infektionserregern kommen hochsensitive molekularbiologische Methoden zum Einsatz. Die PCR-Technik ermöglicht die Detektion kleinster Mengen von Erbmaterial (DNA oder RNA) verschiedener Erreger wie Pilze, Bakterien oder Viren. Dazu zählen auch Dermatophyten, die Infektionen von Haut, Haar und Nägeln verursachen. Ergänzend wird die isothermale Amplifikation zur sensitiven Identifikation humaner Papillomaviren (HPV) eingesetzt.

Ein moderner Bluttest (CAP-Test) ermöglicht die gezielte Identifikation individueller Allergene, indem sowohl Gesamt-IgE (Immunglobulin E) als auch spezifisches IgE im Blut gemessen werden. Die Analyse erfolgt mithilfe eines auf Chemilumineszenz basierten Verfahrens (CLIA). Diese hochsensitiven molekularbiologischen Methoden bilden die Grundlage für präzise allergologische Diagnostik und unterstützen eine individuell abgestimmte Behandlung, die wir stetig weiterentwickeln.

Das Forschungs- und Studienzentrum der Elbe Kliniken kooperiert eng mit dem Institut für Tumorbiologie am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE), um die biologischen Grundlagen von Krebserkrankungen besser zu verstehen. Ziel dieser Zusammenarbeit ist es, den Verlauf von Tumoren und individuelle Krankheitsverläufe systematisch zu untersuchen und neue Erkenntnisse über Ursachen, Progressionsmechanismen und individuelle Krankheitsdynamiken zu gewinnen. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt unserer Arbeit liegt auf der Analyse zirkulierender Nukleinsäuren, insbesondere microRNAs, sowie auf der Untersuchung von Exosomen (Mikrovesikel) im Blut. Diese nicht-zellulären Blutbestandteile liefern wichtige Hinweise zur Tumorentwicklung, Metastasierung und zur Wirkung von Therapien. Mithilfe spezialisierter molekulargenetischer und biochemischer Verfahren werden diese Biomarker analysiert, um Unterschiede zwischen Krankheitsstadien und Therapiephasen zu erfassen. Langfristig sollen diese Erkenntnisse dazu beitragen, Diagnostik und Therapie weiter zu individualisieren und die Behandlungsergebnisse für Patientinnen und Patienten nachhaltig zu verbessern.

Im Labor für Molekulare Zellbiologie bieten wir ein breites Spektrum an Ausbildungs- und Forschungsmöglichkeiten. Studierende haben die Möglichkeit, ihre Bachelor- und Masterarbeiten sowie medizinische und naturwissenschaftliche Doktorarbeiten bei uns durchzuführen. Zusätzlich stehen Praktikumsplätze für Schülerinnen und Schüler sowie Studierende zur Verfügung, um frühzeitig praktische Laborerfahrung zu sammeln. Auch die praktische Ausbildung von MTA-Schülerinnen und –Schülern findet zum Teil bei uns im Labor statt und wird durch erfahrenes Fachpersonal (Praxisanleitende) begleitet.
Interessentinnen und Interessenten für Abschlussarbeiten oder Praktika wenden sich bitte direkt an Frau Dr. Beate Volkmer.

Ultraviolette Strahlung (UVB und UVA) – ein natürlicher Bestandteil des Sonnenlichts sowie künstlicher UV-Quellen wie Solarien – ist von der WHO als krebserregend eingestuft. Sie schädigt die DNA in Hautzellen, wobei UVB im Vergleich zu UVA deutlich stärkere Schäden verursacht. Normalerweise reparieren zelluläre Systeme diese Schäden effizient. Sind sie jedoch zu zahlreich oder versagen die Reparaturmechanismen, sammeln sich Fehler und Mutationen an, die unkontrolliertes Zellwachstum fördern und zu Hautkrebs (Basalzellkarzinom, Plattenepithelkarzinom, Melanom) führen können. Neben UV-Strahlung wirken auch sichtbares Licht und Infrarotstrahlung auf die Haut. Aktuelle Studien deuten darauf hin, dass Infrarotstrahlung die Dynamik der DNA-Reparatur beeinflussen kann, auch wenn die Forschung hierzu noch am Anfang steht.

Das Labor für Molekulare Zellbiologie untersucht DNA-Schäden durch verschiedene Strahlungsarten sowie die Effizienz und Geschwindigkeit der Reparaturmechanismen, um die Entstehung von Hautkrebs besser zu verstehen. Ergänzend werden epigenetische Veränderungen wie DNA-Methylierung, Histonmodifikationen und die Expression regulatorischer microRNAs analysiert – Mechanismen, die besonders sensibel auf Umweltreize reagieren und Einblicke in die Steuerung krebsrelevanter Gene sowie DNA-Reparatur bieten.

Das maligne Melanom ist die aggressivste Form des Hautkrebses und verantwortlich für die Mehrzahl der Todesfälle bei Hautkrebserkrankungen.

Neben Melanozyten in der Oberhaut (Epidermis) und melanozytären Stammzellen aus dem Haarfollikel rücken zunehmend spezifische Stammzellpopulationen aus der Lederhaut (Dermis) – sogenannte dermale Stammzellen – als potenzielle Zielzellen für die karzinogene Wirkung von UV-Strahlung in den Fokus. Durch den tief eindringenden UVA-Anteil des Sonnenlichts sowie künstliche UVA-Quellen (z. B. Solarien) können diese Stammzellen geschädigt werden. Differenzieren dermale Stammzellen zu Melanozyten aus und wandern in die Epidermis, sind sie zusätzlich UVB-Strahlung ausgesetzt. Eine derart UV-vorgeschädigte Zelle weist ein erhöhtes Risiko für maligne Transformation auf. Diese dermalen Stammzellen bieten ein wertvolles In-vitro-Modell für die Untersuchung der Melanom-Entstehung.

Ziel des Projekts ist die systematische Analyse der UV-Strahlensensitivität primärer dermaler Stammzellen sowie der Wirkung verschiedener UV-Strahlungsarten auf deren Differenzierung zu Melanozyten. Diese Untersuchungen ermöglichen neue Einblicke in die Entstehung des malignen Melanoms und eine präzisere Bewertung UV-bedingter Risiken. Somit eröffnen sie wichtige Ansatzpunkte zur Verbesserung präventiver Strategien gegen das maligne Melanom.

Epigenetische Modifikationen sind reversible chemische Änderungen an der DNA oder an Histon-Proteinen. Sie regulieren die Genaktivität, ohne die zugrundeliegende DNA-Sequenz zu verändern. Dazu gehören auch kurze RNA-Moleküle, sogenannte microRNAs oder miRNAs, die ebenfalls die Genregulation auf epigenetischer Ebene beeinflussen. Bei der Krebsentstehung sind diese regulativen Prozesse oft gestört: Gene, die das Tumorwachstum hemmen (Tumorsuppressoren), werden weniger aktiv, während Gene, die das Wachstum fördern (Onkogene), verstärkt exprimiert werden.

Obwohl die krebserzeugenden Effekte von UV-Strahlen seit langem bekannt sind, sind die damit verbundenen epigenetischen Veränderungen bislang nicht vollständig aufgeklärt. Ziel unserer Forschung ist es, die epigenetische Antwort von Hautzellen auf UV-Strahlung systematisch zu untersuchen, um so ein umfassenderes Verständnis der frühen molekularen Mechanismen der Hautkrebsentstehung zu gewinnen. 

Die Entstehung eines malignen Melanoms ist ein komplexer biologischer Prozess, der trotz intensiver Forschung noch nicht vollständig verstanden ist. Es besteht trotz bedeutender therapeutischer Fortschritte weiterhin ein großer Bedarf an verlässlichen Biomarkern für Diagnose, Prognose und Therapieresistenz.

Unsere Forschung konzentriert sich auf die Identifizierung solcher Biomarker in flüssigen Biopsien wie Blut oder Liquor, um eine präzisere, personalisierte Diagnostik und Behandlung auf molekularer und zellulärer Ebene zu ermöglichen. Besonders vielversprechend sind hierbei microRNAs, die wir im Rahmen einer aktuellen monozentrischen Studie untersuchen. Deren Ziel ist es, Krankheitsprogression oder Therapieversagen frühzeitig zu erkennen, um das Therapiemanagement rechtzeitig anpassen zu können. Diese innovative Herangehensweise trägt dazu bei, die Behandlungsergebnisse für Melanom-Patientinnen und -Patienten zu verbessern und Nebenwirkungen zu reduzieren, indem Therapien optimal auf die individuelle Krankheitsentwicklung abgestimmt werden.

Im Rahmen der Forschungsprojekte werden vom Labor für Molekulare Zellbiologie naturwissenschaftliche Bachelor- und Masterarbeiten sowie naturwissenschaftliche und medizinische Doktorarbeiten angeboten.

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Ansprechpartner

EKB_Zellbiologie_B-Vollkmer
Dr. rer. nat.Beate Volkmer
Laborleitung

EKB_Zellbiologie_R-Greinert
Dr. rer. nat.Rüdiger Greinert
Laborleitung