Neuronale Mechanik

Willkommen bei der Forschungsgruppe Franze

Zu den Schlüsselaspekten bei der Entwicklung des zentralen Nervensystems (ZNS) gehören die Bildung von neuronalen Axonen, ihr anschließendes Wachstum und ihre Führung durch dicke Schichten von Nervengewebe sowie die Faltung des Gehirns. All diese Prozesse sind mit Bewegung verbunden und müssen daher von Kräften angetrieben werden. Doch während unser Verständnis der biochemischen und molekularen Kontrolle dieser Prozesse rasch zunimmt, ist der Beitrag der Mechanik noch immer unzureichend verstanden.

Die Zellbewegung ist auch entscheidend an Störungen des ZNS beteiligt, z.B. an Fremdkörperreaktionen, bei denen aktivierte Gliazellen zu Implantaten (z.B. Elektroden) wandern und diese einkapseln, oder an der mangelnden Regeneration von Nervenzellen nach Verletzungen des ZNS (z.B. Rückenmark). Die Reparatur kann derzeit nicht gefördert werden. Bisher hat sich die Forschung – ohne größeren Durchbruch – hauptsächlich auf chemische Signale konzentriert, die das neuronale (Wieder-) Wachstum behindern und fördern.

Wir verfolgen einen anderen, interdisziplinären Ansatz und untersuchen, wie zelluläre Kräfte, lokale Zell- und Gewebenachgiebigkeit und zelluläre Mechanosensitivität zur Entwicklung und Erkrankung des ZNS beitragen. Unsere Methoden umfassen Atomkraftmikroskopie, Zugkraftmikroskopie, maßgefertigte einfache und komplexe nachgiebige Zellkultursubstrate, optische Mikroskopie einschließlich konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie und zellbiologische Techniken. Wir haben zum Beispiel gezeigt, dass Nervengewebe mechanisch sehr heterogen ist. Darüber hinaus fanden wir heraus, dass Neuronen ständig Kräfte auf ihre Umgebung ausüben und dass sowohl Neuronen als auch Gliazellen auf mechanische Reize wie Gewebesteifung reagieren.Das Verständnis, wie und wann ZNS-Zellen aktiv Kräfte ausüben und auf ihre mechanische Umgebung reagieren, wird ein neues Licht auf die Entwicklung des ZNS werfen und könnte schliesslich zu neuen biomedizinischen Ansätzen zur Behandlung oder Umgehung von Störungen führen, die mechanische Signalgebung beinhalten.

Ausgewählte Publikationen