Dynamisch-mechanische Manipulation und Charakterisierung von Zellen mit Hilfe magnetischer Dehnung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Stefan Mayr; Professorin Dr. Mareike Zink
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 201601437

Die Reaktion von Zellen auf ihre Umgebung aufgrund von Krafteinwirkungen bestimmt embryonale Entwicklung und das Fortschreiten von Krebs. Mechanotransduktion beschreibt, wie Zellen physikalische Kräfte in intrazellulare Chemie umwandeln, was Proliferation, Migration, Differentiation und metastatisches Verhalten kontrolliert. Weiterhin ist dieses Verhalten korreliert mit den zellmechanischen Eigenschaften, Wechselwirkung mit Substraten und externen mechanischen Spannungen, wobei die Adhäsion einzelner Zellen an Substraten eine Voraussetzung für deren Überleben ist. Ziel dieses Projektes ist es, diese zentralen Fragen für Krebszellen durch die Erforschung und Entwicklung eines Dünnfilm-Aktuators, basierend auf magnetischen Formgedächtnislegierungen zu beantworten. Diese Materialien ermöglichen eine steuerbare magnetfeldinduzierte Scherdehnung und/oder Volumendilatation von mehreren Prozent bei moderaten Spannungen, die bestens für Zelldeformationen geeignet sind. Mittels dieses neuentwickelten Zellaktuators soll der Einfluss mechanischer Stimulierung auf die Proliferation und Adhäsion, sowie Metastasierung von Krebszellen untersucht sowie - als Dilatometer mit Biegebalkengeometrie betrieben - Zell-Substrat Wechselwirkungskräfte und die resultierenden Spannungen detektiert werden. Die Möglichkeit viskoelastische Eigenschaften und Wechselwirkungen mit Oberflächen dynamisch und statisch zu messen, werden in diesem Aufbau, mit dessen Hilfe viele Anwendungsmöglichkeiten in der zellulären Biophysik und ein besseres Verständnis von Tumorausbreitung eröffnet werden, vereint.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen