Einzelzellaktivität

Einzelzellaktivität bezeichnet die Untersuchung von biologischen Prozessen auf der Ebene einzelner Zellen. Dabei werden Merkmale wie Genexpression, Proteinausdruck, metabolische Aktivität und Zellfunktion für jede einzelne Zelle gemessen, um heterogene Zellpopulationen zu charakterisieren. Im Gegensatz zu klassischen Techniken, die durchschnittliche Signale einer Zellmischung liefern, ermöglichen Einzelzellenanalysen die Entdeckung von Unterpopulationen, z. B. seltenen Stammzellen oder abnormen hämatopoetischen Zellen, die in homogenen Messungen verborgen bleiben.

Zur Messung von Einzelzellaktivität werden meist zwei Hauptmethoden eingesetzt. Bei der Einzelzelltranskriptomik, häufig mittels Einzelzell-RNA‑Sequenzierung (scRNA‑seq), werden RNA-Moleküle pro Zelle sequenziert und so die Genexpressionsprofile generiert. Für Proteinanalysen kommen Einzelzell‑Proteomik‑Techniken wie CyTOF (Cytometry by Time‑of‑Flight) und Imaging‑Mass‑Spectrometry zum Einsatz. Ergänzend erlauben Microscopy‑Basierte Ansätze wie Single‑Cell Imaging, Fluorescence‑In‑Situ‑Hybridisierung (FISH) und Live‑Cell‑Imaging direkte Beobachtung funktioneller Prozesse, zum Beispiel Kalziumsignaltransduktion oder Zell‑Zell‑Interaktionen.

Die Erfassung von Einzelzellaktivität hat weitreichende Anwendungen in der Grundlagenforschung, klinischen Diagnostik und Arzneimittelentwicklung. In der Onkologie ermöglicht sie die Identifikation von Tumor‑Subpopulationen, die Therapieresistenzen tragen, und unterstützt die Entwicklung gezielter Impfstoffe. In der Immunologie gibt Einzelzellanalysen Einblick in die Entwicklung von T‑Zellen und Immunantworten. Darüber hinaus werden Bioinformatik‑Plattformen wie Seurat und Scanpy verwendet, um die hochdimensionalen Daten zu integrieren, Clustering-Analysen durchzuführen und pseudotemporale Trajektorien zu rekonstruieren.

Die technische Weiterentwicklung der Einzelzellplattformen, insbesondere in Bezug auf Auflösungsgrad, Durchsatz und Kosten, wird die Integration dieser Daten in translationalen Medizin und präzise Therapiekonzeption weiter vorantreiben.