Mechanische Anpassungsfähigkeit von metastasierenden Krebszellen
Metastasierende Krebszellen weisen eine hohe Plastizität, zelluläre Heterogenität und mechanische Anpassungsfähigkeit auf. Diese Zellen haben eindeutige molekulare Signaturen und mechanische Eigenschaften, die sie widerstandsfähiger als gesunde Zellen machen. So können sie extremen mechanischen Kräften während der Metastasierung standhalten und sich an unterschiedliche Umgebungen anpassen. Obwohl diese molekulare Heterogenität gut dokumentiert ist, sind die Mechanismen, die sie regulieren, noch unbekannt. In der Gruppe ›Biomechanik von Krebs‹ untersuchen wir, wie mechanische Signale die Mechanik von metastasierenden Zellen verändern und wie diese Veränderungen mit molekularen Mustern zusammenhängen und zum Metastasierungspotenzial von Krebszellen beitragen. Wir verwenden Tumororganoide und entwickeln neuartige bioengineerte 3D-Tumormodelle, um solide Tumoren in vitro mit hoher Genauigkeit nachzubilden. So schaffen wir ein physiologisch relevantes System für unsere mechanischen Messungen. Durch die Kombination von mechanischer Physik und Molekularbiologie wollen wir verstehen, wie mechanische Heterogenität und zelluläre Plastizität die Metastasierung fördern, welche Rolle die Tumormikroumgebung in diesem Prozess spielt und wie wir eingreifen können, um das Metastasierungspotenzial zu kontrollieren.
Mechanische Immunologie in der Krebsforschung
Mehrere biologische Funktionen erfordern Wechselwirkungen zwischen Immun- und Zielzellen, um eine immunologische Reaktion auszulösen. Diese Wechselwirkungen werden sowohl durch die Ligandenaffinität zwischen den Zellen als auch durch mechanische Kräfte reguliert, was die parallele Untersuchung von Adhäsionsvorgängen und Zellmechanik erforderlich macht. In der Gruppe ›Biomechanik von Krebs‹ untersuchen wir:
- dynamische Veränderungen in der Krebsmechanik während zytotoxischer Immunvorgänge
- die Mechanosensorik von Immunreaktionen und ihre molekulare Regulation
- die Auswirkungen der TME auf die Tumor-Immunumgehung, die 3D-Immunmigration und die von Immunzellen ausgeübten mechanischen Kräfte
Das Ziel unserer Forschung ist es, ein tieferes Verständnis der Mechanik von Immunzellen zu erlangen und dieses Wissen zu nutzen, um neue immuntherapeutische Ansätze auf der Grundlage der Biomechanik zu entwickeln.
Optik und Photonik in der Biomechanik
Zur Quantifizierung der mechanischen Eigenschaften von Zellen und Gewebe werden häufig verschiedene biophysikalische Ansätze verwendet. Viele dieser Techniken erfordern jedoch, dass die Zelle isoliert, auf künstlichen Substraten außerhalb ihres ursprünglichen Kontexts kultiviert und mit invasiven Techniken untersucht wird. Um diese Einschränkungen zu überwinden, setzen wir optische Techniken wie Brillouin-Mikroskopie, optische Elastographie und Holotomographie ein, um die mechanischen Eigenschaften und physikalischen Aspekte von Krebs- und Stromazellen kontaktlos und dynamisch zu quantifizieren. Verschiedene optische Techniken bieten unterschiedliche Auflösungen, die von subzellulärer bis zu multizellulärer optischer Auflösung reichen und somit eine quantitative mechanische Messung über verschiedene Skalen hinweg ermöglichen. Die Optik ermöglicht es uns, dynamische Veränderungen in der Zellmechanik in situ zu erfassen, sobald sie auftreten und in einer natürlichen Umgebung (z. B. Tumoroide in ihrer Umgebung), wodurch wir Zugang zu Informationen erhalten, die sonst nicht erfasst werden können. Diese Werkzeuge können Aufschluss über schnelle, dynamische zelluläre Prozesse und mechanische Veränderungen geben. Dadurch verstehen wir viele biologische Funktionen besser und erhalten ein vollständigeres Bild der Biomechanik von Krebserkrankungen.
