Aktive, dreidimensionale Magenverformungen - Experiment und Simulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Böl; Professor Dr. Tobias Siebert
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 309229013

Der Magen ist ein zentrales Organ der Wirbeltiere und stellt durch seine extremen Verformungen besondere Anforderungen an das Magengewebe und insbesondere an die aktive glatte Muskulatur. Obwohl eine Vielzahl von Dysfunktionen und damit verbundene Gewebeveränderungen bekannt sind, sind mechanische Untersuchungen im Vergleich zu anderen Organen rar. So ist das Hauptziel des Antrages die Entwicklung und Validierung eines porzinen Magenmodells. In der ersten Projektphase konnte ein hochaufgelöster Datensatz zur lokalen und schichtspezifischen Magenstruktur und den mechanischen Gewebeeigenschaften erhoben werden, auf dessen Grundlage ein elektro-chemomechanisches Magenmodell entwickelt wurde. Für den Abschluss der Modellentwicklung und insbesondere die Modellvalidierung sind noch verschiedene experimentelle und modellbasierte Aufgaben notwendig, die sich in der ersten Projektphase ergeben haben und die im Rahmen des vorliegenden Folgeantrages bearbeitet werden sollen. So traten unerwartete Probleme z.B. bei der Stimulation des Antrums auf, was einerseits interessant ist, da dies auf wesentliche elektro-chemomechanische Unterschiede zwischen den Magenregionen hinweist, andererseits führte dies zu Verzögerungen im geplanten Projektablauf und macht die Entwicklung anderer Lösungsansätze notwendig. So sollen zum einen Messungen an gehäuteten, isolierten Muskelfaserbündeln des Antrums durchgeführt werden, um die mechanischen Eigenschaften des Antrums zu bestimmen. Für eine Validierung des Magenmodells auf Gewebestreifenebene, sollen erstmals aktive biaxiale Versuche durchgeführt werden. Weiterhin erfordern realistische Modellvorhersagen die Bestimmung der Mikrostruktur und Zusammensetzung dieser Gewebestreifen mittels immunhistologischer Untersuchungen. Darüber hinaus sollen die zur Validierung des Gesamtmagenmodells notwendigen aktiven Experimente am Gesamtmagen unter Messung der Gesamtmagenverformung und der erzeugten Innendrücke erfolgen. Die in der ersten Projektphase festgestellte ausgeprägte Geschichtsabhängigkeit (force depression, force enhancement) der Muskelkraft erfordert eine Modellerweiterung zur Vorhersage realistischer Mageninnendrücke und Verformungen. In der letzten Projektphase soll eine schrittweise Modellvalidierung an den gemessenen dreidimensionalen Verformungen und Kräften/Drucken zunächst auf Gewebestreifenebene und abschließend auf Gesamtorganebene stattfinden. Das entwickelte Magenmodell stellt eine Ersatz- und Ergänzungsmethode zu Tierversuchen und, basierend auf der Ähnlichkeit des Human- und Schweinemagens, zu Humanstudien dar. Es kann somit in der Zukunft zur Reduktion von Tierversuchen sowie zu einem besseren Verständnis der Magenfunktion beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen