Dynamik und Mechanik der Wundheilung

• Antragsteller: Dr. Alexey Chizhik; Professor Dr. Andreas Janshoff
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431012826

Epitheliale Zellen bilden kohäsive Monolagen, die eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Geweben, der Sekretion, dem transzellulären Transport, der Barrierebildung und dem Schutz vor Infektionen spielen. Aus diesem Grund stellen Wunden oder Lücken in Epithelien eine Bedrohung für den Organismus dar. Die Fähigkeit diese Lücken schnell zu reparieren ist eine besondere Eigenschaft von Organismen und erfordert eine konzertierte Interaktion von Zellen miteinander und mit ihrer Umgebung.Im Rahmen dieses Projektes adressieren wir die kollektive Antwort von Epithelzellen auf extern erzeugte Verletzungen. Neben wichtigen Parametern zur physikalischen Beschreibung des Wundschließungs-prozesses, wie der mechanischen Spannung in der Zellschicht, spielt auch die Dynamik des Zell-Substrat Abstandes eine entscheidende, oft vernachlässigte Rolle. Die kollektive Zellbewegung erfordert sowohl die Generierung von Zug und Druckkräften, welche sich nur durch eine Kopplung mit dem Substrat von den Zellen ausüben lassen.Aus diesem Grunde stellt der Zell-Substrat Abstand eine wichtige Größe dar, um die Interaktion der Zellen mit der extrazellulären Matrix zu erfassen. In unseren Untersuchungen wird diese Größe sehr sensitiv im Nanometer-Maßstab (z-Auflösung) mithilfe der MIET-Mikroskopie (metal-induced energy transfer) und der Cell adhesion noise Spektroskopie bestimmt, um sowohl die räumliche als auch zeitliche Korrelation der Fluktuationen des Abstandes aufzuzeichnen. Konkret planen wir den Zell-Substrat Abstand von Zellen in Nachbarschaft zu einer Wunde als Funktion des Zelltyps sowie der Größe und Form des Defektes zu untersuchen. Außerdem interessieren wir uns für die räumlich-zeitlichen Korrelation der Fluktuationen des Zell-Substrat Abstandes über subzelluläre bis hin zu zellkollektiv umfassende Längenskalen. Das Zusammenspiel der kortikalen Spannung und des Zell-Substrat Abstandes sollen genauso ermittelt werden wie die Wahl des Wundschließungsmechanismus – purse string versus Zellmigration mit Lamellipodien. Wir erhoffen uns davon Einsichten wie Zellen miteinander Informationen über ihren mechanischen Zustand austauschen und Kräfte weiterleiten. Interessant wird sein, herauszufinden ab welchen Abständen und Zeiten diese Wechselwirkungen abklingen. Wir erwarten ferner, dass das Rauschen des Zellsubstrat-Abstandes als beschreibender Parameter von nichtgleichgewichts-Zustandsänderungen dienen kann und so den Parameterraum für Untersuchen von aktiven Materialien, wie lebenden Zellen erweitert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen