Одна из важнейших основ современных наук о жизни — это возможность выращивать клетки вне тела и наблюдать за ними с помощью оптических микроскопов. Таким образом, клеточные процессы могут быть проанализированы гораздо более подробно, чем в организме. Однако при этом возникает проблема. «Любой, кто когда-либо наблюдал биологические клетки под микроскопом, знает, насколько непредсказуемым может быть их поведение.
Когда они находятся на традиционной посуде для культивирования, им не хватает« ориентации », в отличие от их естественной среды в организме. Вот почему в отношении некоторых исследовательских вопросов , по их форме и движению трудно вывести какие-либо закономерности », — объясняет профессор Шварц. Поэтому, чтобы узнать больше о естественном поведении клеток, исследователи прибегают к методам материаловедения. Подложка для микроскопических исследований устроена таким образом, что нормализует поведение клеток.
Физики из Гейдельберга объясняют, что при определенных методах печати белки откладываются на подложке в геометрически четко определенных областях. Затем поведение клеток можно наблюдать и оценивать с помощью обычных методов микроскопии.
Группа Ульриха Шварца стремится математически описать поведение биологических клеток на субстратах с микрорельефом. Такие модели должны позволить количественно предсказать поведение клеток для широкого диапазона экспериментальных установок. Для этого Филипп Альберт разработал сложную компьютерную программу, которая учитывает основные свойства отдельных клеток и их взаимодействие. Он также может предсказать, как большие наборы ячеек ведут себя в заданных геометрических структурах.
Он объясняет: «Удивительные новые закономерности часто возникают из взаимодействия нескольких ячеек, таких как потоки, завихрения и мосты. Как и в физических системах, например, жидкости, здесь целое больше, чем сумма его частей.
Наш программный пакет может рассчитать такие поведение очень быстро ". Компьютерное моделирование доктора Альберта показывает, например, как ансамбли клеток кожи могут преодолевать зазоры в модели раны размером до 200 микрометров.Другое многообещающее применение этих достижений исследуется доктором Хольгером Эрфле и его исследовательской группой в Центре BioQuant, а именно: высокопроизводительный скрининг клеток. Роботизированное оборудование используется для проведения автоматических фармакологических или генетических тестов с множеством различных активных веществ. Они, например, предназначены для выявления новых лекарств против вирусов или для лечения рака.
Новое программное обеспечение теперь позволяет ученым предсказать, какая геометрия лучше всего подходит для определенного типа клеток. Программное обеспечение также может показать значимость изменений в поведении клеток, наблюдаемых под микроскопом.
Исследовательские проекты профессора Шварца, доктора Альберта и доктора Эрфле финансировались Европейским союзом с 2011 по 2015 год в рамках программы «Высокопроизводительная интерференция РНК с микропроцессором для скрининга клеток» (MEHTRICS). Помимо центра BioQuant, в этот консорциум вошли исследовательские группы из Дрездена, Франции, Швейцарии и Литвы.
Общая поддержка проектов составила 4,4 миллиона евро.