Biophysikalische Eigenschaften zellulärer Kompartimente
Aus der Molekularbiologie wissen wir, dass das Innere von Zellen dicht gepackt ist. Aber welche Dichte haben Zellen eigentlich? Mit Optical Diffraction Tomography (ODT) erforschen wir die Dichteverteilung innerhalb einzelner Zellen. Dabei untersuchen wir, wie Zellen ihre Kompartimente im Normalzustand organisieren und wie sie sich unter Stress umstrukturieren.
Eine bedeutende Entdeckung unserer Forschung ist, dass der Zellkern, entgegen der allgemeinen Annahme, eine geringere Massendichte als das Zytoplasma hat. Erstaunlicherweise bleibt dieses Dichteverhältnis bei verschiedenen Zelltypen und Spezies konstant. Dies könnte ein grundlegendes Organisationsprinzip in der Zell- und Entwicklungsbiologie sein [Biswas 2023].
Der mechanische Fingerabdruck von Blut
Messungen mit unserem RT-DC-Gerät haben gezeigt, dass die Hauptzelltypen des Blutes anhand ihrer Verformbarkeit unterschieden werden können [Toepfner 2018]. Diese innovative Technologie ermöglicht es uns, Vollblutproben zu analysieren und Veränderungen in der Mechanik der Blutzellen zu erkennen, die mit verschiedenen Krankheiten zusammenhängen. Unsere Ergebnisse zeigen signifikante Veränderungen in den mechanischen Eigenschaften von weißen und roten Blutkörperchen bei Erkrankungen wie Covid-19 oder Depressionen [Kubanková 2021, Walther 2022]. Sogar Gewebebiopsien können mit einem Gewebezerkleinerer in Einzelzellsuspensionen aufgelöst und dann mit RT-DC analysiert werden [Soteriou 2023].
Unser Ziel ist es, RT-DC als Standardverfahren in der klinischen Praxis zu integrieren und die Verformbarkeit von Zellen als diagnostischen Marker zu etablieren. Dafür arbeiten wir eng mit Kollegen am Universitätsklinikum Erlangen und anderen Institutionen zusammen.
Mechanik der Wirbelsäulenregeneration bei Wirbeltieren
Im Gegensatz zu Menschen und anderen Säugetieren besitzen bestimmte Fischarten die bemerkenswerte Fähigkeit, ihr Rückenmark nach einer Verletzung zu regenerieren und die volle Bewegungsfunktion wiederherzustellen. Zum Beispiel zeigen sowohl erwachsene Zebrafische als auch Zebrafischlarven vollständige Regenerationsfähigkeiten. Wir verwenden unser spezialisiertes Methodenset, um zu untersuchen, wie sich die mechanischen Eigenschaften des Gewebes an der Verletzungsstelle entwickeln und beobachten den Regenerationsprozess sowohl in lebenden Organismen (in vivo) als auch in isolierten Gewebeproben (ex vivo) [Schlüßler 2018 , Möllmert 2020, Tsata 2021, Kolb 2023].
Zusammen mit der Neuroregenerationsgruppe unter der Leitung von Daniel Wehner versuchen wir zu verstehen, warum Zebrafische ihr Rückenmark regenerieren können, während Menschen dazu nicht in der Lage sind. Diese Forschung ist Teil des CRC1540 Exploring Brain Mechanics.
Eine detaillierte Übersicht unserer Forschungsaktivitäten finden Sie in unseren Berichten an das Scientific Advisory Board der letzten Jahre (nur auf Englisch: report 2020, report 2023).
