W latach 1997–2006 pracował na Warszawskim Uniwersytecie Medycznym w Zakładzie Patologii, utrzymując jednocześnie stały kontakt z Instytutem Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego Polskiej Akademii Nauk. Prowadził wówczas badania w dwóch obszarach: onkologii doświadczalnej oraz neurobiologii. W roku 2006 powołał Pracownię Neuromorfologii Molekularnej i Systemowej w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN, której kierownikiem pozostał do śmierci. Początkowo kontynuował badania nad rolą metaloproteinazą 9 (MMP-9), w rozwoju padaczki, rozpoczęte jeszcze w latach 90. XX w. we współpracy z prof. Leszkiem Kaczmarkiem. Badania te zaowocowały kilkoma znaczącymi publikacjami (w tym szeroko uznaną i docenioną pracą w Journal of Cell Biology) oraz habilitacją (2009 r.). Stopniowo rozwijał jednak własną tematykę badawczą, obejmującą obrazowanie mikroskopowe jądra komórkowego, w tym trójwymiarowej struktury chromatyny. Na tym polu osiągnął największe sukcesy wyrażone m.in. poprzez udział w bardzo często cytowanej publikacji w Cell z 2015 r., czy pracę w Nature Communications (2020 r.) oraz uzyskaniem grantu Human Frontiers Science Programm, wraz z prof. Yijunem Ruanem z USA oraz prof. Angelem Barco z Hiszpanii.