Biophysikalische Methoden für die Quantifizierung von Mechanik, Formen und Kräften

• Antragsteller: Professor Dr. Jochen Guck
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492010287

SummaryDas zentrale Ziel des SPP Physics of Parasitism ist die Schaffung eines neuen Forschungsfeldes — der physikalischen Parasitologie — das die systematische, quantitative und vergleichende Analyse der physikalischen Grundlagen des ewigen Kampfes zwischen Parasiten und ihren Wirte zum Ziel hat. PoP betrachtet Parasiten als physikalische Einheiten und versucht zu verstehen, welche relevante Physik das Verhalten von Parasiten in ihrer Wirtsumgebung bestimmt, ermöglicht oder limitiert. Die Hoffnung ist, dass dieser Ansatz neue und nützliche Einblicke in Prozesse bietet, die letztendlich zur Kontrolle der pathogenen Aspekte einer Parasiteninfektion verwendet werden können. Solche konzeptionellen Fortschritte in Biologie und Medizin waren bisher immer auf die Verfügbarkeit von speziellen physikalischen Technologien zurückzuführen. Daher ist der Zugang zu geeigneten biophysikalischen Methoden eine wesentliche Voraussetzung für den Erfolg dieses Vorhabens, mit denen die relevanten physikalischen Parameter wie mechanische Eigenschaften, Formen und Kräfte quantifiziert werden können. Das vorliegende Z-Projekt stellt ein weltweit einzigartiges Toolset fortschrittlicher biophysikalischer Methoden für die anderen experimentellen Projekte innerhalb dieses SPP zur Verfügung. Dazu gehören (1) Rasterkraftmikroskopie-Nanoindentation zur mechanischen Charakterisierung von Zellen, Strukturen und Geweben, (2) Echtzeit-Verformbarkeitszytometrie zur Hochdurchsatzquantifizierung von Zellform und -verformbarkeit, (3) Brillouin-Mikroskopie zur 3D-Kartierung der viskoelastischen Eigenschaften in biologischen Proben, (4) optische Beugungstomographie zur 3D-Charakterisierung von Massendichteverteilungen in Zellen und kleinen Organismen und (5) Hydrogelkügelchen mit genau definierten mechanischen Eigenschaften (Elastizitätsmodul 0,5 – 15 kPa) und Größe (Durchmesser 8 – 25 µm) als Spannungssensoren auf Zellskala. Interessierte Projektpartner werden in einem SPP-weiten Kurs sowie individuellen Meetings in diese Techniken und deren relevante physikalische Hintergründe und Konzepte eingeführt. Die eigentlichen Experimente werden entweder gemeinsam, oder nach entsprechender Anweisung selbständig, in unseren Laboren in Erlangen durchgeführt. Die vorhandenen Methoden und Ansätze werden für die spezifischen experimentellen Fragen verfeinert und bei Bedarf die Entwicklung neuartiger Methoden eingeleitet. Da viele der Kollegen innerhalb dieses SPP aus traditionelleren Bereichen der Parasitologie stammen und keinen vorherigen Kontakt mit, oder Zugang zu diesen biophysikalischen Instrumenten haben, ist dieses Z-Projekt eine essentielle Komponente für den Erfolg dieses SPP. Gemeinsam werden wir in vielen Fällen die ersten, manchmal sehr grundlegenden und gleichzeitig wesentlichen Quantifizierungen von mechanischen Eigenschaften, Formen und Kräften vornehmen — mit potenziell transformativen Auswirkungen auf die weitere Entwicklung der Parasitologie.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2332: Physik des Parasitismus