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Zielsetzung unseres Instituts

Viele lebenswichtige Prozesse bei Mensch und Tier hängen elementar von den mechanischen Leistungen ihrer Zellen ab. Zu diesen Leistungen gehören beispielsweise die Kontraktilität der Muskulatur, die mechanische Spannung der Gewebe oder die Fortbewegung von Makrophagen, die ständig auf der Suche nach Krankheitserregern durch den Körper wandern.
Die Tatsache, dass lebende Zellen auch mechanische Reize erkennen, ist zwar weit weniger bekannt, aber dennoch von gleicher Wichtigkeit. Ein Beispiel hierfür sind Bindegewebszellen des Herzens, die sich je nach Steifheit der Umgebung zu extrem großen und kontraktilen Myofibroblasten differenzieren können. Dieser spezielle Prozess dient der Kontraktion des versteiften Narbengewebes, das z. B. als Folge eines Herzinfarkts entsteht.

Myo Fibro 3kPa & 50kPa Immunfluoreszenz-Aufnahmen von Bindegewebszellen des Herzens einer Ratte, kultiviert auf einer Silikonkautschuk-Schicht. Im linken Bild beträgt die Steifheit des Substrates 3 kPa, im rechten 50 kPa. Grün: Zytoskelett (Aktin), Rot: zelluläre Adhäsionen (Vinculin).

Die Forschungsarbeiten des Instituts für Biomechanik zielen darauf ab, mechanische Eigenschaften, Prozesse und Signale lebender Systeme quantitativ zu verstehen. Daher untersuchen wir verschiedenste Zelltypen mit modernen Methoden der Biophysik und Zellbiologie. Hierbei stehen zurzeit die mechanischen Prozesse Zelladhäsion und Zellbewegung sowie die Erkennung mechanischer Signale durch Zellen im Vordergrund. Diese Prozesse werden weitgehend bestimmt durch die Zellmembran und durch das Aktin-Zytoskelett der Zellen, weshalb wir diese Strukturen eingehend untersuchen.

CytoskeletonRasterelektronische Aufnahmen des Zytoskeletts einer Bindegewebszelle. Links: Übersichtsaufnahme, rechts Detailvergößerungen. Bei der Präparation dieser Probe wurden die meisten Zellbestandteile, die nicht zum Zytoskelett gehören, entfernt. Daher ist die Struktur einer lebenden Zelle noch weit komplexer.

Da lebende Zellen eine extrem komplexe Struktur und Dynamik zeigen, ist es oft nur schwer möglich, die Ergebnisse dieser zellbiologischen und zellbiophysikalischen Untersuchungen quantitativ durch physikalische Gesetze zu beschreiben. Zur Erreichung eines derartig tiefgreifenden Verständnisses verwenden wir biomimetische Modellsysteme der Zellmembran und des Zytoskeletts.

Dieses Forschungsprogramm wird getragen von einem interdisziplinären Team aus Biologen, Chemikern und Physikern.


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