Lichtresponsive Gele zum Verständnis der Mechanotransduktion bei Herzinfarkten und Muskeldystrophie

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Laura De Laporte
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277623886

Die Zellen kommunizieren durch mechanische Kräfte miteinander, während eine Behinderung dieser Krafterzeugungs- oder Abtastmechanismen zu pathologischen Zuständen führt. Diese Kräfte sind schwer zu entziffern, da es derzeit nicht möglich ist, auf Zellen eine den natürlichen Impulsen ähnliche Belastung auszuüben. Der vorliegende Antrag zielt darauf ab, eine durch Licht steuerbare Hydrogel-Plattform zu entwickeln, um das derzeitige Verständnis des mechanobiologischen Ursprungs von Krankheiten wie Herzinfarkten und Muskeldystrophie zu verbessern. Mit lichtschaltbaren Hydrogelen können wir die Zellen geringfügigen, lokalen, benutzerdefinierten Kräften mit räumlicher und zeitlicher Kontrolle aussetzen. Das Nah-Infrarot-Mikroprojektionssystem wird eingesetzt, um die Wirkung auf verschiedene Zellstämme zu untersuchen und somit Signalübertragungsmechanismen zu entschlüsseln. Die Hydrogeleigenschaften, wie Steifigkeit, Topografie, und Beleuchtungsprotokolle (Dauer, Frequenz, Tastverhältnis und Intensität) werden variiert, um mechanische Reize zu identifizieren, die Zellen anregen. Bei den Herz-Kreislauf-Erkrankungen soll die Situation in einem Post-Infarkt-Herz nachgeahmt werden, in dem sich biochemische Faktoren, wie z.B. und Entzündungsfaktoren, mit der arythmischen Kontraktion überlagern. Insbesondere ist bekannt, dass Herzfibroblasten unter solchen pathogenen Bedingungen Myofibroblasten bilden, aber die Rolle, die mechanische Signale bei ihrer Rückbildung zu gesunden Fibroblasten spielen können, ist weiterhin unbekannt. Das zweite Ziel dieses Projekts ist es, mechanische Beanspruchungen, die die Zellen während der Belastung erfahren, nachzuahmen und eine in vitro-"Turnhalle für Zellen" zu erschaffen. Gesunde Zellen sowie Zellen, die von Muskeldystrophie betroffen sind, werden einer mechanischen Stimulation ausgesetzt, die Trainingszyklen gleicht, während ihre Differenzierung zu Myofibern untersucht wird. Wir glauben, dass die einzigartige, in vitro licht-responsive schaltbare Hydrogel-Plattform, die in diesem Projekt entwickelt wurde, einen Fortschritt bei den Techniken der Zellmanipulation ähnlich den natürlichen Bedingungen darstellt, um Krankheitsmodelle besser zu verstehen und realistische Daten zu liefern, um neue Therapien zu entwickeln und Tierversuche zu reduzieren, mit dem Fokus auf Herzinfarkt- und Muskeldystrophie-Erkrankungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Christian Franck