Molekulare Analyse mechanobiologischer Reaktionen von humanen mesenchymalen Stammzellen auf biomechanische Umgebungsreize induziert durch magnetisch aktuierbare Mikrostrukturen - µMSC

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Rühe; Professor Dr. Pascal Tomakidi
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254846193

Ziel des beantragten Projekts ist es, Oberflächen mit magnetisch aktuierbaren Mikrostrukturen mit wohldefinierten mechanischen Eigenschaften zu schaffen und damit die mechanobiologischen Reaktionen humaner mesenchymaler Stammzellen (hMSCs) auf unterschiedliche lokale biomechanische Stimulationen zu untersuchen. Dazu sollen (i) säulenartige oder (ii) zilienförmige Mikrostrukturen aus Polymeren generiert werden, die mit magnetischen Nanopartikeln gefüllt sind. Diese Strukturen können dann durch Einwirken eines magnetischen Felds in Bewegung versetzt werden. Während bei den säulenartigen Strukturen ausgedehnte Membranareale der Zelle (bio-)mechanisch stimuliert werden, erfolgt bei den Zilien eher ein punktuelles Berühen (Kitzeln) der Zellmembran. Die Zellreaktionen auf die daraus resultierenden Reize sollen hinsichtlich der (i) Dynamik der Fokalkontakte, (ii) der Zellmotilität, das heißt der Zellausbreitung und Morphogenese sowie der Ausrichtung des Aktin-Zytoskeletts in Richtung Lamellipodien, Filopodien und/oder Stressfasern, und (iii) der Zellfunktionen Proliferation, Differenzierung und Apoptose untersucht werden. Im diesem Kontext sollen die Experimente Aufschluss darüber geben, ob hMSCs als Reaktion auf die biomechanische Reizexposition eher zur Proliferation und/oder Differenzierung neigen, und ob gegebenenfalls eine Apoptose-Protektion vorliegt. In Bezug auf die Oberflächen soll der Einfluss der Art der Stimulation, der Strukturgrößen, der Elastizitätsmoduli und der Oberflächenchemie auf die biomechanische Antwort der Zellen untersucht werden. Das verbesserte Verständnis der hMSC-Reaktionen auf qualitativ unterschiedliche biomechanische Umgebungsreize soll die Entwicklung neuer, innovativer stammzell-basierter parodontaler Therapiekonzepte ermöglichen bei denen gewünschte Zellreaktionen durch gezielte biomechanische Stimuli induziert werden sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Susanne Proksch