Rasterkraftmikroskop mit Fluoreszenzmikroskop für simultane Messungen

• Fachliche Zuordnung: Medizin
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441175622

Endothelzellen kleiden das Innere von Blutgefäßen aus und sind dementsprechend den hämodynamischen Kräften des Blutstromes ausgesetzt. Diese „strategische Position“ ermöglicht es dem vaskulären Endothel Gefäßfunktionen zu kontrollieren. Dabei verändern Endothelzellen ihre mechanischen Eigenschaften und reagieren somit flexibel auf unterschiedliche Abstufungen von Scherkräfte. Die äußere Hülle von Endothelzellen kann funktionell in Glykokalyx und Kortex unterteilt werden. Alle äußeren Schichten sind sehr flexible und reaktionsfreudig.Der Wechsel zwischen weicher und steifer Endothelzelloberfläche ist physiologisch von großer Bedeutung und reguliert die Freisetzung und Bioverfügbarkeit vasoaktiver Substanzen, wie zum Beispiel des Vasodilators Stickstoffmonoxid (nitric oxide, NO): die Oberfläche weicher Endothelzellen wird vom Blutstrom stärker verformt und die Zellen sekretieren mehr NO, als steife. Dementsprechend ist “Steifigkeit” eine mechanische Eigenschaft, die den physiologischen Zustand von (Endothel-) Zellen reflektiert. Wir konnten zeigen, dass ein chronisch versteiftes Endothel zu endothelialer Dysfunktion führt und zu der Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen wie Atherosklerose und Hypertonie beiträgt. Seit vielen Jahren beschäftigt sich meine Arbeitsgruppe mit der Analyse und Quantifizierung der mechanischen Eigenschaften von Endothelzellen, deren Funktion, bzw. Dysfunktion und den zugrundeliegenden zellulären Mechanismen dieser Prozesse. Mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops (Atomic Force Microscope), ist es möglich die Zelloberfläche abzutasten, um die mechanischen Eigenschaften der Zelle zu quantifizieren. Dabei konnten wir in den letzten Jahren zeigen, dass die mechanische Zellsteifigkeit vom kortikalen Zytoskelett und von Membranproteinen abhängig und ein Marker für die Funktion einzelner Zelle ist, mit der Bioverfügbarkeit wichtiger vasoaktiver Substanzen korreliert sowie therapeutisch beeinflussbar ist. Ziel der nächsten Jahre ist es, die molekularen Mechanismen der Zellmechanik zu entschlüsseln und diese Erkenntnisse in einem translationalen Ansatz umzusetzen. Folgende Schwerpunkte werden bearbeitet: Zellmechanik und vaskuläre Inflammation, Pathophysiologische Veränderung der endothelialen Steifigkeit bei unterschiedlichen Krankheitsmodellen (Uremie bei Niereninsuffizienz, akuter Myokardinfarkt, Diabetes) und Gene, Nanomechanik und Hypertonie.Um diese Projekte erfolgreich zu bearbeiten, sollen nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Endothelzellen quantifiziert und abgebildet werden, sondern auch single-cell-force spectroscopy durchgeführt werden, um die Zell-Zell Adhäsionskräfte, z.B. zwischen Monozyten und Endothelzellen, zu messen.Nach meinem Wechsel an die Universität zu Lübeck und der damit verbundene Aufbau einer neuen Arbeitsgruppe, ist die Anschaffung des hier beantragten Gerätes unabdingbar für die Weiterführung unserer Projekte.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Rasterkraftmikroskop mit Fluoreszenzmikroskop für simultane Messungen
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Antragstellende Institution: Universität zu Lübeck
• Leiterin: Professorin Dr. Kristina Kusche-Vihrog