OriDarmi

Die intestinale Mikrobiota sowie die verschiedenen Zelltypen innerhalb des Darmtrakts erfahren eine komplexe Wechselwirkung durch Mikroorganismen, Nahrungsmittelkomponenten, medikamentöse Substanzen und Toxine. Diese Interaktionen können Erkrankungen verursachen, die nicht nur den Darm betreffen,
sondern auch den gesamten Organismus beeinflussen können. Die umfassende Analyse dieser Einflussfaktoren auf die intestinale Barrierefunktion ist jedoch am lebenden Subjekt stark begrenzt.

Das Projekt zielt darauf ab, Methoden zur Untersuchung der physiologischen Prozesse in 3D-Zellverbänden zu entwickeln, die als in-vitro-Modelle der Darmwand dienen. Hierzu werden neuartige Mikroelektrodensensorsysteme entwickelt, die sich um den Zellverband legen oder von den Zellen umschlossen werden und so eine direkte Interaktion mit den Zellen ermöglichen. Die Integration von Mikrokapillaren in diese Elektrodensysteme ermöglicht die gezielte Applikation von Testsubstanzen auf die künstliche
Darmschleimhaut und die Überwachung der Qualität der Darmbarriere. Zur optimalen Auslegung des Elektrodennetzwerks werden Prüfstände entwickelt, die die mechanischen Eigenschaften der Darmorganoide ohne Beeinflussung deren Physiologie während des Handlings bestimmen können. Die Untersuchung der biomechanischen Interaktion zwischen Gewebe und Elektrode sowie die Ursachen elektromechanisch-induzierter
Artefakte werden erforscht, um die Qualität der abgeleiteten Signale von Darmorganoiden mit Peristaltik zu maximieren. Des Weiteren werden Testplätze zur Elektrodencharakterisierung bezüglich Impedanzspektroskopie, Galvanik, elektrischer Feldverteilung und deren Mikrofonie entwickelt. Die Analyse des Sensorwerkstoffes
Polyimid beruht auf den Schwerpunkten der Biokompatibilität und der mechanischen Eigenschaften, um die Zuverlässigkeit und Funktionalität der Netzwerke in biologischen Prozessen zu gewährleisten. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden die Modelle, Elektrodennetzwerke und Darmorganoide mittels der Finite-Elemente-Methode evaluiert, um deren elektrisches, mechanisches und biologisches Zusammenspiel zu optimieren.
Nach der Entwicklung wird das Elektrodennetzwerk in einer in-vitro-Testumgebung zur Erfassung dreidimensionale elektrophysiologische Signale eingesetzt. Diese Erkenntnisse können zur Entwicklung neuer diagnostischer und therapeutischer Strategien beitragen.

Projektporträt in ZEIT für X:

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Porträt der Doktorandin Marie-Claire Weisgerber:

#MY PHD IN PRACTICE