ZiMT Journal Club November 2020: Prof. Kristian Franze / Wie die Mechanik biologische Prozesse im Nervensystem reguliert

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Prof. Kristian Franze, Lehrstuhl für Medizinische Physik und Mikrogewebetechnik, FAU und Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin

Wie die Mechanik biologische Prozesse im Nervensystem reguliert

Die Entwicklung des Zentralnervensystems (ZNS) umfasst die Bildung neuronaler Axone, deren anschließendes Wachstum und Führung durch dicke Schichten von Nervengewebe, sowie die Faltung des Gehirns. Alle diese Prozesse beinhalten Bewegung und müssen daher von Kräften angetrieben werden. Der Beitrag der Mechanik bleibt jedoch wenig verstanden. Die Zellbewegung speilt auch bei der Regeneration von Neuronen nach ZNS-Verletzungen (z. B. Rückenmarksverletzungen) eine entscheidend Rolle. Bisher konzentrierte sich die Forschung – ohne größeren Durchbruch – hauptsächlich auf chemische Signale, die das neuronale (Wieder-) Wachstum behindern und fördern.

Wir verfolgen einen anderen interdisziplinären Ansatz und untersuchen wie Zellkräfte, lokale Zell- und Gewebekonformität und zelluläre Mechanosensitivität zur Entwicklung, Krankheit und Regeneration des ZNS beitragen. Zu den Methoden gehören Rasterkraftmikroskopie, Traktionskraftmikroskopie, maßgeschneiderte einfache und komplexe konforme Zellkultursubstrate, optische Mikroskopie einschließlich konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie und zellbiologische Techniken. Wir haben gezeigt, dass Nervengewebe mechanisch sehr heterogen ist. Neuronen üben ständig Kräfte auf ihre Umgebung aus und sowohl Neuronen als auch Gliazellen reagieren auf mechanische Signale, wie beispielsweise Gewebesteifheit. Das Verständnis, wie und wann ZNS-Zellen aktiv Kräfte ausüben und auf ihre mechanische Umgebung reagieren, wird ein neues Licht auf die ZNS-Entwicklung werfen. Was schließlich zu neuartigen biomedizinischen Ansätzen zur Behandlung oder Umgehung von Pathologien und Verletzungen, die mechanische Signale beinhalten, führen könnte.

References

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