SFB 1540:  Erforschung der Mechanik des Gehirns (EBM): Verständnis, Engineering und Nutzung mechanischer Eigenschaften und Signale in der Entwicklung, Physiologie und Pathologie des zentralen Nervensystems

• Fachliche Zuordnung: Medizin ; Biologie ; Informatik, System- und Elektrotechnik ; Maschinenbau und Produktionstechnik ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Mathematik ; Physik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460333672

Das zentrale Nervensystem (ZNS) ist unser komplexestes Organsystem. Trotz intensiver Forschung während der letzten Jahrzehnte sind viele grundlegende Prozesse und Krankheiten noch immer nicht vollständig verstanden. Zwar gibt es umfangreiche Literatur zu der Rolle chemischer Signale bei der Regulierung der Funktion des ZNS, jedoch haben erst vor kurzem Gruppen mehrerer Mitglieder dieses Konsortiums sowie einige weitere Gruppen weltweit den bedeutenden Beitrag mechanischer Stimuli entdeckt. Der vorgeschlagene SFB "EBM" wird das Fachwissen von Ingenieuren, Physikern, Biologen, Medizinern und Klinikern in Erlangen zusammenbringen, um die Mechanik als einen wichtigen noch fehlenden Puzzlestein in unserem Verständnis der Entwicklung, Homöostase und Pathologie des ZNS zu erforschen. Unser interdisziplinäres Team mit herausragender Expertise in der ZNS- Mechanik wird moderne in vivo, in vitro und in silico Techniken über Zeit- (Entwicklung, Alterung, Verletzung/Krankheit) und Längenskalen (Zelle, Gewebe, Organ) hinweg kombinieren, um aufzudecken, wie mechanische Kräfte und mechanische Zell- und Gewebeeigenschaften, wie z.B. Steifigkeit und Viskosität, die Funktion des ZNS beeinflussen. Wir werden uns insbesondere auf (A) die zerebrale, (B) die spinale und (C) die zelluläre Mechanik konzentrieren. In vivo und in vitro Studien dienen dem grundlegenden Verständnis der durch die Mechanik regulierten biologischen und biomedizinischen Prozesse in verschiedenen Regionen des ZNS. Darüber hinaus helfen sie dabei, wichtige mechanisch-chemische Faktoren zu identifizieren, die in in silico Modelle einbezogen werden können, und liefern Daten für Modellkalibrierung und -validierung. In silico Modelle hingegen ermöglichen den Datentransfer zwischen verschiedenen Spezies und Skalen. Darüber hinaus können computergestützte Modelle zur Optimierung von Prozessparametern für in vitro Studien, biofabriziertes Hirngewebe und mechanische in vivo Stimulation eingesetzt werden und ebnen auf lange Sicht den Weg für zukünftige personalisierte klinische Vorhersagen. Zusammengefasst werden wir Mechanik-basierte Ansätze nutzen, um unser Verständnis der Funktion des ZNS weiterzuentwickeln und die Grundlage für künftige Verbesserungen in der Diagnose und Behandlung neurologischer Erkrankungen zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

• A01 - Modellierung und Simulation von Fehlbildungen des Gehirns (Teilprojektleiterin Budday, Silvia )
• A02 - Quantitative Charakterisierung von Fehlbildungen des Gehirns (Teilprojektleiter Blümcke, Ingmar ;  Dörfler, Arnd ;  Paulsen, Friedrich )
• A03 - Untersuchung mechanischer Einflüsse auf die frühe Gehirnentwicklung in einem in vitro Gewebs-Modell (Teilprojektleiterin Schambony, Alexandra )
• A04 - Die Rolle der Mechanik bei der Koordination neuraler Stammzellentscheidungen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Falk, Sven ;  Karow, Marisa )
• A05 - In vivo Modell der Mechanik des sich entwickelnden Gehirns (Teilprojektleiter Franze, Kristian )
• B01 - Modellierung und Simulation der Regeneration von Rückenmarksgewebe (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Budday, Silvia ;  Steinmann, Paul )
• B02 - Rückenmarksregeneration in Fröschen vor und nach der Metamorphose (Teilprojektleiter Franze, Kristian )
• B03 - Die Determinanten der Rückenmarksmechanik in der Homöostase (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Guck, Jochen ;  Möllmert, Stephanie )
• B04 - Rückenmarksmechanik in einem Mausmodell der Multiplen Sklerose (Teilprojektleiterin Kürten, Stefanie )
• B05 - In vivo mechanische Manipulation der Rückenmarksregeneration (Teilprojektleiter Wehner, Daniel )
• C01 - Modellierung und Simulation der Mechanik von Zell-Matrix Interaktionen (Teilprojektleiter Steinmann, Paul ;  Zaburdaev, Ph.D., Vasily )
• C02 - Die Rolle der Mechanik bei der neuronalen "Plastizität" (Teilprojektleiter Frischknecht, Renato )
• C03 - Die Rolle der Mechanik für die Aktivität neuronaler Netzwerke (Teilprojektleiterin Kobow, Katja )
• C04 - Zelldifferenzierung in hirngewebeähnlichen Matrizen (Teilprojektleiterin Bosserhoff, Anja-Katrin )
• C05 - Molekulare Mechanismen der neuronalen Mechanotransduktion (Teilprojektleiter Fabry, Ben )
• IRTG - Integriertes Graduiertenkolleg zu EBM (Teilprojektleiter Paulsen, Friedrich )
• X01 - Modellbasierter Abgleich von ex vivo und in vivo Testdaten (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Guo, Jing ;  Sack, Ingolf ;  Steinmann, Paul ;  Willner, Kai )
• X02 - Maschinelles Lernen und Datenanalyse für heterogene, artübergreifende Daten (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Breininger, Katharina ;  Maier, Andreas )
• X03 - Entwicklung Gehirngewebe-ähnlicher Materialien (Teilprojektleiter Boccaccini, Aldo )
• Y - Etablierung der Magnetresonanz-Elastographie an der FAU (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Dörfler, Arnd ;  Guo, Jing ;  Laun, Frederik B. ;  Sack, Ingolf )
• Z - Wissenschaftliche Koordination und Finanzverwaltung (Teilprojektleiter Steinmann, Paul )

• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Beteiligte Institution: Charité - Universitätsmedizin Berlin; Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts
• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Paul Steinmann