Einfluss der Elastizität von Zellen und Gewebe auf die Zellmigration und Zellmorphogenese

Zebrafischembryo am Ende des ersten Entwicklungstages.
© Erez Raz

Projektleitung: Cornelia Denz, Erez Raz
Projektlaufzeit: 07/2014 - 06/2017
Projektkennziffer: FF-2014-09

Physikalische Kräfte und andere mechanische Eigenschaften spielen eine wichtige Rolle bei der Zellmigration und ihrer Dynamik im Hinblick auf die Gewebeentwicklung und –regulierung. Bei der Entwicklung von Organismen ist dies besonders wichtig, wenn eine große Anzahl von Zellen entsteht, die an bestimmte Regionen innerhalb des Embryos wandert, um dort Gewebe und Organe zu bilden.

Die Zellmigration ist aber nicht nur zu Beginn der Entwicklung sondern auch für die Zellregulierung, als Teil unseres Immunsystems und bei der Wundheilung wichtig. Außerdem spielt sie eine wichtige Rolle, wenn unkontrollierte Zellebewegungen mit krankhaftem Verhalten wie Metastasen-Bildung und Entzündungen in Verbindung gebracht werden. Die Berücksichtigung der für die Zellmigration relevanten biophysikalischen Eigenschaften ist deshalb entscheidend für das Verständnis der Organentwicklung, der Strukturbildung innerhalb eines Embryos und für Krankheitsprozesse, die durch Zellbewegungen beeinflusst werden.

In diesem Projekt werden Prof. Erez Raz vom Institut für Zellbiologie  und  Prof. Cornelia Denz vom Institut für Angewandte Physik zusammen die biophysikalischen Eigenschaften von Zellen und Gewebe untersuchen. An zwei sich ergänzenden Modellen sollen Zellsysteme sowohl ex vivo als auch in vivo mit Hilfe einer holographisch optischen Pinzette zum Strecken von Zellen untersucht werden. Ex vivo werden die Elastizität von Muskelzellen in kleinen Mesenterialarterien gemessen, in vivo hingegen soll die Zellmigration von Keimzellen (PGC) innerhalb eines Zebrafischembryos beobachtet werden. Dazu werden Mikrokugeln in das Gewebe eingebracht und anschließend mit holographisch optischen Pinzetten bewegt, um Kräfte auf das Gewebe auszuüben und die Auswirkungen auf das biologische Material zu verfolgen.

  • Audiopodcast: Zellen auf Wanderschaft – Wie Zellelastizität die Entwicklung des Zebrafischs vorantreibt
  • News vom 14.02.2017: Wie bewegen sich Zellen? Forscher des Exzellenzclusters "Cells in Motion" untersuchen die mechanischen Eigenschaften von Zellen / Optisches Verfahren zur Zellanalyse und -manipulation