Entschlüsselung der Migrationsphänotypen in 3D Modell Tumoren

• Antragsteller: Professor Dr. Timo Betz
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450595133

Metastasierung und Invasion, aber auch die korrekte Embryonalentwicklung, die Neuanordnung des Gewebes und Wundheilung sind wichtige biologische Prozesse, welche massiv von kollektiver Zellmigration abhängen. Dank erheblicher Forschung wurde in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte bei der Beschreibung kollektiver Zellmigration gemacht. Trotz allem beginnen wir erst langsam, quantitative Modelle zu erstellen die es ermöglichen die verschiedenen Migrationsphänotypen und ihre potenzielle Beziehung zu klassischen Materialzuständen wie fest oder flüssig zu verstehen und vorherzusagen. Gegenwärtig ist bekannt, dass solche unterschiedlichen Migrationsphänotypen von mehreren äußeren, physikalischen und inneren molekularen Parametern abhängen. Dieses Wissen basiert auf bahnbrechenden Studien zur 2D-Epithelgewebedynamik, die ein wechselartiges Verhalten in Motilitätsphänotypen zeigen, das häufig analog zu physikalische Phasenumwandlungen als fest zu flüssig zu gasähnlich beschrieben wird. Es ist jedoch völlig unklar, in welchem Umfang diese jüngsten Erkenntnisse aus 2D Monolagen auf die relevanteren 3D-Situationen übertragen werden können. Daher besteht ein Hauptziel dieses Forschungsantrages darin, eine systematische Untersuchung von 3D-Krebszellen in Modell-Tumoren durchzuführen, wobei unser Schwerpunkt auf Motilitätsübergängen liegt, analog zu den in 2D Systemen beschrieben. Wir werden eine systematische, detaillierte und umfassende Datenerhebung der 3D-Zellmigration innerhalb von Modell-Tumoren und zu frühen Zeitpunkten der metastatischen Invasion durchführen. In unserer Vorarbeit konnten wir bereits zeigen, dass es neben fließend und jammed einen auffälligen, noch nicht beschrieben Phänotyp gibt,, der nur in weichen Umgebungsmatrixen vorkommt. Hier wandern Zellen rapide und gemeinsam aus, wobei die Lokalisierung und hohe Geschwindigkeit an ein regelrechtes Ausplatzen erinnern. Um diesen neuen Phänotypen besser zu verstehen, besteht das zweite Ziel dieses Forschungsantrages darin die zugrundeliegenden mechanischen Prozesse umfassend zu beschreiben und physikalisch zu modellieren. Besonders hervorzuheben ist, dass dieser auffallende experimentelle Befund auf den ersten Blick der gängigen Auffassung wiederspricht, dass steiferes ECM das Zellwachstum aus dem Sphäroid-Cluster unterstützt. Wir werden testen ob hier ein, durch Druckkräfte getriebener Prozess vorliegt, welcher neben den klassischen Invasionsmechanismen eine neue Klasse darstellen könnte

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen