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Projektübersicht

Energetische Untersuchungen zur induzierten Aufnahme von Partikeln in funktionalisierte, synthetische Membransysteme

Projektbeschreibung

Eine Vielfalt von Zellen unseres Körpers ist fortwährend damit beschäftigt zu entscheiden, ob kleine Partikel im Mikrometerbereich in das Zellinnere aufgenommen werden sollen oder nicht. Insbesondere nehmen Fresszellen als Teil unseres Immunsystems Bakterien und andere Partikel in sich auf, was nur durch ein Zusammenspiel von verschiedenen, biophysikalischen Kräften möglich ist. Um die relevanten Kräfte besser analysieren und die Rolle von bekannten Faktoren bei der Phagozytose besser abschätzen zu können, ist ein möglicher Ansatz, biomimetische Systeme zu untersuchen, die - relativ zu einer Zelle - in ihrer Komplexität deutlich reduziert sind. Die einfachste biomimetische Variante einer Zelle ist ein Riesenmembran-Vesikel (engl. Giant Unilamellar vesicle, GUV), bei der man die chemischen und mechanischen Eigenschaften der kugelschalenartigen Lipid-Doppelschicht auf verschiedenste Art und Weise verändern kann. Damit ein Partikel von der Membran umschlossen und aufgenommen werden kann, muss sich die Membran des Riesen-Vesikels sehr stark deformieren. Es stellt sich die Frage, inwieweit die freiwerdende Adhäsionsenergie bei der Partikelanbindung den Energieaufwand für die Membran¬deformation kompensieren kann. Das Ziel dieses Vorhabens ist es, die physikalischen Mechanismen der Phagozytose besser zu verstehen - mit besonderem Hinblick auf die Rolle der Membran¬deformation. Hierzu wollen wir eine Methode etablieren, die es erlaubt, die Energetik bei der Aufnahme eines Partikels in eine künstliche Zelle (GUV) zu messen. Durch den Einsatz eines Photonischen Kraftmikroskops wird das Partikel in einer optischen Falle kontrolliert an die Membran herangefahren und die Partikel-Auslenkung und damit die Veränderungen in Kraft und Energie interferometrisch gemessen. Dem biomimetisches System soll nun in einem „Bottom-up“ Ansatz stückweise Komplexität hinzugefügt werden, so dass sich die Aufnahmewahrscheinlichkeit in das GUV bzw. die gemessenen Kraftprofile von verschiedenen System-Parametern ändert, die in diesem Vorhaben zu testen sind. Hierzu zählen die Membran¬komposition des GUV, die Eigenschaften des Partikels, und, in einer Stufe fortgeschrittener Komplexität, der Einfluss von Zytoskelett-Komponenten innerhalb des GUV. Mathematische Modellierungen sollen dabei helfen, das mechanistische Verständnis bei der Partikelaufnahme zu verbessern und experimentelle Daten besser interpretieren zu können.

Laufzeit

01.08.2015 bis 31.07.2018

Projektleitung

Rohrbach A

Ansprechpartner/in

Rohrbach A
Telefon:203 7536

Kooperationspartner

Prof. Dr. Winfried Römer

Finanzierung

DFG
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