Theoretical Study of Complex Adhesion of Biomembranes Mediated by Interplay of Elasticity, Strong and Weak Adhesion Forces

• Applicant: Professor Dr. Erich Sackmann
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 1998 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5142813

Eine erfolgreiche Strategie zur Untersuchung der Zelladhäsion besteht im Aufbau von möglichst einfachen Modellsystemen, die aber alle wesentliche Eigenschaften der Zelladhäsion besitzen. Als besonders erfolgreich erwiesen sich Riesenvesikel mit rekonstituierten Rezeptoren (oder Liganden) als Testzellen und festkörpergestützte Membranen mit angedockten konjugierten Liganden (oder Rezeptoren) als Zielzellen. Die Adhäsionskräfte lassen sich an solchen Mimetika der Zell-Zell-Erkennung durch Anwendung mikrointerferometrischer Methoden in Kombination mit der Magnetischen-Pinzettentechnik lokal sehr genau messen. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Fortentwicklung der Theorie der Adhäsion weicher elastischer Schalen kombiniert mit der Thermodynamik der Benetzung auf die Kinetik der Adhäsion, ein bisher vernachlässigten Gebiet. Daher soll eine kürzlich gefundene Methode zur Untersuchung der Dynamik der Zelladhäsion eingesetzt werden. Dies erfordert die Ausarbeitung einer Theorie der Adhäsionskinetik durch Zusammenspiel generischer und spezifischer Kräfte, und der Membranelastizität. Weitere Fragestellungen sind (1) die Regulation der Adhäsionsdynamik durch laterale Phasentrennung der Komponenten und (2) die Adhäsion weicher Schalen auf gekrümmten Oberflächen, als Modell der Phagozytose (ebenfalls ein Problem der Adhäsionsdynamik). Als erster Schritt zur Untersuchung der Kontrolle der Zelladhäsion durch die Deformation des Gewebes sollen die theoretischen Grundlagen zur Messung der Oberflächen-Elastizitätsmodule von Hyaluronsäure-Kissen mittels magnetischer Pinzetten ausgearbeitet werden, um laufende Experimente quantitativ zu interpretieren.

• DFG Programme: Research Grants