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Projekt
Skelettmuskeladaptation: Der Grundbaustein für die Modellierung neuromuskulärer Erkrankungen und die Vorhersage von muskulären Defiziten (Identifikation, Homogenisierung, Verifizierung und Integration)
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Filiz Ates; Professor Oliver Röhrle, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465195108
Die Bedeutung der extrazellulären Matrix (ECM) wurde durch vielfältige Anwendungen deutlich gemacht. Insbesondere bestimmt sie die Charakteristik einiger genetischer sowie erlangter Krankheiten. Durch eine genauere Kenntnis über die Struktur und die Funktionsweise der ECM könnten Einflussfaktoren, wie Alterungsprozesse, Training und Verletzungen des Muskels besser verstanden werden. Derzeit existieren jedoch nur wenige Studien über die strukturellen Veränderungen der ECM und noch weniger Studien über deren Einfluss auf den Organismus. Einen der wichtigsten ungeklärten Aspekte bildet das fehlende Verständnis über den mechanischen Einfluss der ECM auf aktives Gewebe. Um diese Lücke teilweise zu schließen, haben wir uns zu einer klinischen Untersuchung des intramuskulären Bindegewebes und deren Anpassungsreaktionen auf die Verabreichung von Botulinumtoxin entschieden. Letzteres stellt ein Standardverfahren zur Minderung von Spastiken dar. Dem Toxin ausgesetzte Muskeln zeigen hierbei jedoch fibroseähnliche Veränderungen. Wir beabsichtigen die Untersuchung der Adaptation von Skelettmuskelfasern, indem wir (i) neue Versuchsanordnungen entwerfen, (ii) die experimentellen Erkenntnisse nutzen, um neuartige Mikrostrukturmodelle der ECM Adaptation zu formulieren und die mikrostrukturellen Messdaten in das Modell zu integrieren sowie (iii) das Modell anhand von verfügbaren Daten und existierender Hypothesen zu validieren.Des Weiteren entwickeln wir Homogenisierungsmethoden, um die mikrostrukturell basierten Adaptationsmodelle auf eine größere Längenskala (d.h. auf die Muskelskala) zu übertragen. Auf diese Weise finden wir neue Möglichkeiten, die Auswirkungen der ECM Adaptation auf größere Skalen zu untersuchen. Darüber hinaus ermöglicht die Kombination von experimentellen und computergestützten Untersuchungen, zusätzliche Informationen bereitzustellen, welche ansonsten, insbesondere der gewünschten Auflösung, kaum messbar sind, z. B. die Materialzusammensetzung an „unendlich vielen Zeitpunkten. Solche Informationen können Klinikern wichtige Entscheidungshilfen in Bezug auf Behandlungsmaßnahmen liefern.Als wichtige Schlagwörter sind hierbei zu nennen: Identifizierung; Identifizierung der zugrundeliegenden zu Adaptation führender Prozesse mithilfe experimenteller Daten und computergestützter Ansätze, Homogenisierung; Erarbeitung eines Bottom-Up-Mikrostrukturansatzes anstelle eines phänomenologischen Modells, Validierung; Überprüfung bestehender Hypothesen, und Integration; Integration des Modells auf größere Skalen wie den gesamten Muskel oder den gesamten Bewegungsapparat.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
