Hintergrund

Mechanobiologie ist die Untersuchung des Einflusses mechanischer Lasten auf das Verhalten von Zellen, insbesondere auf ihre Differenzierung, Proliferation, Morphologie oder Stoffwechselaktivität. Sie bestimmt die Interaktion von Implantaten mit dem Körper und letztlich ihre Integration durch Gewebewachstum und -umbau. Darüber hinaus bestimmt die Mechanobiologie, wie sich Zellen und Gewebe aufgrund von veränderten physiologischen Bedingungen oder Krankheiten entwickeln und auf chirurgische Eingriffe reagieren.

Der mechanische Aspekt in der Mechanobiologie umfasst die Übertragung von Lasten und Verformungen über die hierarchische Struktur biologischer Gewebe von der Makroskala bis hinunter zur Längenskala der Zellen. Dies führt zu gewebespezifischen Phänomenen, die als Abschwächung oder Verstärkung von Spannung und Dehnung beschrieben werden und zu einer unterschiedlichen Zellreaktion führen. Um diese mechanischen Phänomene zu quantifizieren, sind Testaufbauten und Protokolle für In-situ-Tests erforderlich. Diese ermöglichen die Aufbringung von Lasten in Kombination mit bildgebenden Verfahren zur Visualisierung und Quantifizierung lokaler Verformungen der Gewebe-/Materialmikrostruktur und sogar der eingebetteten Zellen.

Ziel

Das vorgeschlagene Projekt zielt auf die Erstellung von Protokollen und ersten Erkenntnissen über das Verformungsverhalten von Zellen (Fibroblasten) in nanofaserigen Materialien unter Verwendung eines neuartigen mechanischen In-situ-Testaufbaus an der FAU. Dieser Aufbau besteht aus einem Rheometer, das mit einem Mikroskopmodul ausgestattet ist und mit einem Multiphotonenmikroskop kombiniert wird. Diese bildgebende Technik ermöglicht eine hochauflösende Visualisierung von Gewebemikrostrukturen und Zellen während der mechanischen Belastung.

Die Ziele dieser Studie sind

• die Entwicklung eines experimentellen Protokolls für mechanische in-situ-Tests unter Verwendung des neuartigen Aufbaus; insbesondere sollen mit Fibroblasten besiedelte Nanofasermaterialien unter verschiedenen Beanspruchungsarten getestet und visualisiert werden (methodisches Ziel)
• die Quantifizierung der Übertragung von Dehnungen von der Makroskala auf die Zellebene und die Korrelation der Kinematik der Mikrostruktur und der Zellen mit der momentanen Zellantwort (technisches Ziel).