Projektbeschreibung
Neue Untersuchungsmethode für Wechselwirkungen an winzigen biologischen Strukturen
Durch zelluläre Signalübertragung werden so unterschiedliche Funktionen wie Entwicklung, sensorische Wahrnehmung, Genregulierung und Immunität gesteuert. Mit Hilfe von Modellsystemen verstehen wir inzwischen wesentlich besser, wie chemische und elektrische Signale funktionieren, zum Beispiel auch die der synaptischen Übertragung. Doch noch immer sind zentrale biomechanische Wechselwirkungen bei biologischen Prozessen ungeklärt. Das liegt auch daran, dass es an hochentwickelten Untersuchungsmethoden mangelt. Bio-Plan entwickelt jetzt eine revolutionäre Plattform, die genau dazu eingesetzt werden kann. Sie nutzt winzige biomimetische Strukturen, präzise Kontrolle der Flüssigkeitsströme in deren Umkreis und natürlich hochsensible Sensoren, um die auf sie wirkenden Folgekräfte zu messen. Das System könnte das Verständnis hydrodynamischer und mechanischer Kräfte, die an grundlegenden biologischen Prozessen beteiligt sind, deutlich verbessern.
Ziel
Biomechanical interactions between cells and their environment are essential in almost any biological process, from embryonic development to organ function to diseases. Hence, biomechanical interactions are crucial for health and disease. Examples are hydrodynamic interactions through fluid flow, and forces acting directly on cells. Existing methods to analyze and understand these interactions are limited however, since they do not offer the required combination of precisely controlled flow and accurate applying and sensing of forces. Also, they often lack a physiological environment. A breakthrough in biomechanical analysis is therefore highly needed. We will realize a novel microfluidic platform for biomechanical analysis with unprecedented possibilities of controlling fluid flow and applying and sensing time-dependent forces at subcellular scales in controlled environments. The platform will be uniquely based on bio-inspired magnetic artificial cilia, rather than on conventional microfluidic valves and pumps. Cilia are microscopic hairs ubiquitously present in nature, acting both as actuators and sensors, essential for swimming of microorganisms, transport of dirt out of our airways, and sensing of sound, i.e. they exactly fulfill functions needed in biomechanical analysis. We will develop novel materials and fabrication methods to realize microscopic polymeric artificial cilia, and integrate these in microfluidic devices. Magnetic actuation and optical readout systems complete the platform. We will apply the novel platform to address three fundamental and unresolved biomechanical questions: 1. How do hydrodynamic interactions with actuated cilia steer cellular and particle transport? 2. How do local and dynamic mechanical forces on cells fundamentally influence their motility and differentiation? 3. How do hydrodynamic interactions between cilia steer embryonic development? This unique platform will enable to address many other future biomechanical questions.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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