Modellierung der Trypanosomen-Motilität im Blutfluss

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Dmitry Fedosov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492006804

Trypanosoma-Parasiten verursachen Trypanosomiasis, eine Gruppe von Krankheiten, die einige Millionen Menschen weltweit betreffen. Diese Parasiten können in sehr unterschiedlichen Milieus überleben, zum Beispiel im Blut, in verschiedenen Geweben, und im Darm der Tsetsefliege. Darüber hinaus können Trypanosomen ihre Eigenschaften (z. B. Fortbewegung, Adhäsion) an ein bestimmten Milieu anpassen, um bestimmte Ziele oder Nischen zu erreichen. Eine Hypothese besagt, dass die Parasiten im Blutfluss die umgebenden Blutzellen nutzen, um ihre Fortbewegung zu verbessern. Jedoch bleibt die Frage, wie Trypanosomen durch das dicht-gepackte Milieu im Blutfluss navigieren und den Kreislauf verlassen können, aufgrund erheblicher experimenteller Schwierigkeiten bisher weitgehend unbeantwortet. Hier kann die numerische Modellierung des Trypanosomen-Verhaltens im Blut die bestehenden experimentellen Untersuchungen optimal ergänzen und zu einem besseren Verständnis der Trypanosomen-Bewegung unter verschiedenen Blutflussbedingungen führen.Das Hauptziel unseres Projekts ist es, mit Hilfe numerischer Modelle ein besseres Verständnis des Schwimmverhaltens von Trypanosomen-Parasiten im Blutfluss zu erreichen. Wir werden ein flexibles und zuverlässiges Trypanosomen-Modell für die Untersuchung verschiedener Trypanosomen-Arten und verschiedener Schwimmverhalten im Blutfluss entwickeln. Darüber hinaus werden wir die Bewegung von Trypanosomen in einer Suspension weicher Partikel (Blutzellen, sowie kontrollierte Modellsysteme aus synthetischen Mikropartikeln) charakterisieren und die physikalischen Mechanismen, die die Motilität der Parasiten bestimmen, identifizieren. Anschließend soll die Navigation von Trypanosomen im Blutfluss und ihre Migration zu den Gefäßwänden untersucht werden. Schließlich werden wir die Adhäsion von Trypanosomen an Blutzellen und Gefäßwänden untersuchen, um mögliche Mechanismen für das Entweichen aus dem Blutkreislauf identifizieren. Unser Projekt wird die biophysikalische Mechanismen der Trypanosomen-Navigation durch einen seiner wesentlichen Lebensräume aufklären, sowie das Verständnis der Fähigkeit von Trypanosomen sich in dicht-gepackten Zell-Suspensionen zu bewegen, die Belastung durch starke Strömungskräfte zu bewältigen, und den Blutkreislauf bei Bedarf zu verlassen, wesentlich verbessern. Das Projekt trägt damit zu verschiedenen Aspekten des DFG-SPP 2332-Programms bei, wie den mechanischen Eigenschaften von Parasiten, der parasitären Fortbewegung und der Wechselwirkung mit ihrem Mikromilieu, sowie der Bindung von Parasiten an Organismus-Strukturen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2332: Physik des Parasitismus
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Gerhard Gompper