Mathematisches Zell-Tracking: Wie überwinden Immunzellen eine Barriere?

Cells in Motion – der Audiopodcast | Folge 6

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Das mathematische Modell von „Optical Flows“ kommt beim Tracking zum Einsatz: Ein Objekt wird in seiner Bewegung zu einem Ziel verfolgt. Tracking ist auch bei biologischen Fragestellungen hilfreich.
© CiM - Peter Leßmann
  • Dr. Christoph Brune (Mitte) und Doktorandin Lena Frerking vom Institut für Angewandte Mathematik entwickeln eine spezifische Trackingmethode für die biologische Fragestellung von Professor Dietmar Vestweber (links).
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  • Dietmar Vestweber möchte einzelne Zellen, die sich von A nach B bewegen, verfolgen können, genauer gesagt Immunzellen, die vom Blutkreislauf ins entzündete Gewebe eindringen.
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  • Für die Forscher ist von Interesse, wie sich eine Zelle bei der Wanderung verformt, und welche Kräfte sie aufwendet, um vorwärts zu kommen. Diese innere Kraftverteilung einer einzelnen Zelle ist hier in der Farbskala gezeigt.
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  • In dem gemeinsamen Projekt von Prof. Dietmar Vestweber und Dr. Christoph Brune können die wissenschaftlichen Modelle zur Zellmigration durch eine Gefäßwand nun empirisch überprüft werden. Dies verspricht neue Ansätze, um chronische Entzündungen zu
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Tracking kennt man zum Beispiel vom Onlineshopping: Wo sich das Paket gerade befindet und wann es zugestellt werden wird, kann man hier Schritt für Schritt nachvollziehen. Tracking ist also das Verfolgen bewegter Objekte. Mathematiker Dr. Christoph Brune modelliert diese Bewegungsabläufe, um zu simulieren, was der nächste Schritt eines Objektes sein wird. Gerade für die Biomedizin sind solche Modellierungen enorm hilfreich, schließlich sind in unserem Körper viele Zellen stets in Bewegung.

Prof. Dietmar Vestweber interessiert sich etwa für die Zellen, die bei einer Entzündung in das Gewebe eindringen und von dort wirken. Diese Immunzellen müssen dafür eine Barriere überwinden. Mithilfe von Tracking-Methoden möchte er herausfinden, wie die Bewegung der einzelnen Zellen aussieht, welchen Weg die Zellen nehmen, um bis ins Gewebe hineinzugelangen. Die Angewandte Mathematik kennt hier einige Kniffe: So werden die Live-Bilder aus dem Organismus, aufgenommen von einem Fluoreszenzmikroskop, durch Verfahren wie Inpainting und De-Blurring optimiert. Die schärferen Bilder erlauben es dann, die Konturen einzelner Zellen besser voneinander abzugrenzen. Auch die inneren Kräfte, die eine Zelle zum Vorwärtskommen aufwendet, nimmt das Projektteam ins Visier.