Skalenübergreifende Gehirnmechanik: Der Zusammenhang von Mikrostruktur, Mechanik und Pathologie

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Silvia Budday
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418078657

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, mikromechanische Modelle für Gehirngewebe zu entwickeln, die es ermöglichen, Krankheiten früher zu diagnostizieren und Behandlungsmethoden zu optimieren. Zunächst wird das mechanische Verhalten von Gehirngewebe mithilfe innovativer Testmethoden über mehrere Zeit- und Längenskalen hinweg untersucht. Hierbei wird auch die Mikrostruktur getesteter Proben analysiert – unter Berücksichtigung zellulärer, aber auch extrazellulärer Komponenten - um das komplexe Zusammenspiel von Mikrostruktur, Mechanik und Hirnfunktion zu verstehen. Es wird weiterhin experimentell untersucht, wie sich Mikrostruktur und Mechanik des Gewebes während der Entwicklung, aufgrund von Krankheit oder durch Einwirkung mechanischer Kräfte verändern. Anhand der neuen Erkenntnisse werden anschließend mechanische Modelle entwickelt, die das regionsabhängige Verhalten von Gehirngewebe beschreiben, aber auch Veränderungen während der Entwicklung, durch Homöostase oder durch Krankheit vorhersagen. Durch die Implementierung der Modelle innerhalb einer Finite-Elemente-Umgebung werden klinisch relevante Fragestellungen durch rechnergestützte Simulationen untersucht. Das Modell stellt hierbei die Verbindung zwischen häufig schon bekannten Mikrostrukturveränderungen und durch bildgebende Verfahren erkennbaren makroskopischen Veränderungen der Hirnstruktur her. Zusammengenommen können die hier entwickelten interdisziplinären Testmethoden, in Kombination mit den komplexen Simulationsmodellen, den Grundstein für realistische, numerische Vorhersagen zur Früherkennung von Krankheiten oder zur Weiterentwicklung innovativer Behandlungsmethoden legen. Nicht zuletzt tragen die entwickelten Modelle dazu bei, den Bedarf an Tier- und Menschenversuchen zu reduzierenden und den 3D Druck künstlicher Organe voranzutreiben.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Rheometer
• Gerätegruppe: 1610 Viskosimeter, Rheometer