Mikromechanische Charakterisierung und dreidimensionale Modellierung von Oozyten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Böl; Dr. Dagmar Töpfer
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432447433

In der humanen Reproduktionsmedizin wird der Erfolg von sogenannten assistierten Reproduktionstechnologien häufig mit der Qualität der Oozyte assoziiert. Im Allgemeinen wird diese Qualität durch die Morphologie der Oozyte bestimmt. Die Verwendung solcher Kriterien ist jedoch umstritten, da morphologische Merkmale, die oft als Zeichen einer Entwicklungsstörung interpretiert werden, nur Artefakte natürlicher Variabilität sein können. Zukünftige Ziele müssen daher die Identifizierung alternativer und objektiverer Maße sein, um die besten Oozyten auszuwählen. Aus der Zellbiologie ist bekannt, dass mechanische Eigenschaften hervorragender Indikatoren für den physiologischen Zellzustand, z.B. in Bezug auf Krankheit oder Differenzierung, sind. Genau hier setzt das vorliegende Forschungsprojekt an. Durch die Kombination von Kompetenzen in der Biomechanik (Antragsteller Böl) und der Reproduktionsmedizin (Antragsteller Töpfer) wird ein einzigartiger und hoch innovativer Ansatz verfolgt, der die umfassende Charakterisierung einzelner Oozyten ermöglicht und wichtige Informationen über das zellmechanische Verhalten liefern wird, was wiederum wichtig für die Beurteilung der Oozytenqualität ist.Das vorliegende Forschungsprojekt verfolgt daher zwei Hauptziele. Einerseits wird ein zweiphasiges konstitutives Modell entwickelt, um das mechanische Verhalten von Oozyten vor und nach der Befruchtung zu beschreiben. Andererseits werden neue Ansätze für die mikromechanische, experimentelle Beprobung von Oozyten entwickelt, etabliert und auf Oozyten unterschiedlichen Alters angewendet. Aufgrund dieser Kombination aus Modellentwicklung und neuen experimentellen Methoden ist ein deutlich verbessertes Verständnis der Zellmechanik im Allgemeinen, aber auch im Sinne der Oozytenqualität zu erwarten.Insbesondere sollen neue experimentelle Methoden entwickelt werden, die das Beproben von Oozyten unter verschiedenen Deformationszuständen (axialer/biaxialer Zug, axiale Kompression, Indentation und Inflation) ermöglichen. Diese große Anzahl unterschiedlicher Experimente ermöglicht die mechanische Identifizierung der einzelnen Oozytkomponenten sowie die Validierung des Modellierungsansatzes. Seitens der Mechanik stellt die Entwicklung eines Modells, das auf der Grundlage der neuen Experimente an unbefruchteten und befruchteten Oozyten unter anderem die komplexe Mikrostruktur der Zona pellucida berücksichtigt, einen erheblichen Erkenntnisgewinn dar.Mit der Entwicklung eines aussagekräftigen Modellierungsansatzes wird es möglich sein, ein besseres und tieferes Verständnis der Lastübertragungsmechanismen zu erlangen, die in der Oozyte (und hier insbesondere in der Zona pellucida) stattfinden. Basierend auf dem entwickelten Modell können virtuelle Szenarien generiert werden, die experimentell nicht realisierbar sind. Dies wird helfen, Beziehungen zwischen Mechanik und Zellphysiologie herzustellen, um so unter anderem Aussagen über die Oozytenqualität treffen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen