Die mechanische Basis der dynamischen Struktur der Gallenkanälchen der Leber

• Antragsteller: Dr. Pierre Haas
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555830846

Die physiologische Funktion der Leber verlangt robuste Bildung des Netzwerks der Gallenkanälchen, das die Gallenflüssigkeit transportiert, und dessen Intaktheit unter physiologischen und pathologischen Veränderungen. Dieses Projekt wird erklären, wie Mechanik und Druck der Gallenflüssigkeit zusammen das Entstehen und die Erhaltung des Netzwerks der Gallenkanälchen lenken. Es wird die diesen Prozessen zu Grunde liegenden biophysikalischen Prinzipien aufdecken, indem es seine Schwerpunkte auf zwei kürzliche experimentelle Erkenntnisse legt:Erstens wurde entdeckt, dass gewisse Strukturen, sogenannte "apikale Schotten", sich dynamisch in den Gallenkanälchen bilden und zurückbilden. In unseren Forschungsarbeiten haben wir bereits gezeigt, dass diese Falten der Zellmembran, die in die Gallenkanälchen hinein ragen, den Druck, dem die Gallenkanälchen widerstehen können, erhöhen. Aus existierenden experimentellen Daten unserer Kollaboratoren werden wir die Dynamik der Formung apikaler Schotten quantifizieren. Auf dieser Basis werden wir Modelle von Falten in zylindrischen Membranen entwickeln und so die mechanische Basis für das Entstehen apikaler Schotten bestimmen.Zweitens führte Quantifizierung in nie dagewesener Detailtiefe der Dynamik des Netzwerks der Gallenkanälchen während deren Entwicklung zur Hypothese eines neuartigen Mechanismus der Polarisierung von Hepatozyten, der neue Gallenkanälchen erzeugt. Unserer Beitrag zu dieser interdisziplinären Arbeit war ein Modell dieses Polarisierungsmechanismus, das grobe Merkmale des Netzwerks der Gallenkanälchen quantitativ wiedergibt. Wir werden diese existierenden experimentellen Daten und Segmentierungen nutzen, um Details der Verteilungen des Netzwerks der Gallenkanälchen während deren Entwicklung zu bestimmen. Dies wird uns erlauben, den neuen Polarisierungsmechanismus dadurch zu testen, dass wir ein Modell, das diese Verteilungen beschreibt und diesen Polarisierungsmechanismus mit dem Druck in den wachsenden Gallenkanälchen und deren Mechanik vermählt, herleiten und dessen Vorhersagen mit den experimentellen Beobachtungen vergleichen.Dieses Projekt wird somit nicht nur zu fundamentalen physikalischen Erkenntnissen zur Lumenbildung und zur Dynamik luminaler Netzwerke führen. Es wird auch entscheidende physikalische Teile des großen biologischen Puzzles der Entwicklung der Leber liefern, und so mögliche Mechanismen für cholestatische Erkrankungen der Leber andeuten. Diese Forschungsarbeiten werden auf diese Art und Weise unser biophysikalisches Verstehen des Zusammenspiels von Mechanik und zellulären Strukturen in der Leber voranbringen, und versprechen dadurch einen wesentlichen Beitrag zum weiten Gebiet der Organentwicklung und -funktion, und damit verbundener Erkrankungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen