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Strömungssimulation zur Bestimmung der Viskosität biologischer Zellen (MatEnUm-2)
Drittmittelprojekt

Prof. Dr. rer. nat. Sebastian Aland

Prof. Dr.-Ing. habil. Winfried Heller

Die Messung der mechanischen Eigenschaften biologischer Zellen ist für Biologie und Medizintechnik von großer Bedeutung. Anhand der Elastizität und Viskosität einer Zelle kann der Zelltyp und der Gesundheitszustand der Zelle ermittelt werden. Messungen der mechanischen Zellparameter haben daher das Potenzial, die Diagnostik und Therapie von Krankheiten zu verbessern.
Vor wenigen Jahren wurde am Biotechnologischen Zentrum der TU Dresden (BIOTEC) ein neuartiges Verfahren entwickelt, welches große Zellpopulationen extrem schnell vermessen kann. Bei diesem sogenannten RT-DC Verfahren werden Zellen in eine Flüssigkeit gegeben und mit dieser zusammen durch einen engen Kanal geströmt. Dabei verformen sich die Zellen, wobei die Stärke der Verformung von der Elastizität der Zelle abhängt. Die Zellformen werden mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen und simultan ausgewertet. Um aus den Kamerabildern einer deformierten Zelle auf deren mechanische Eigenschaften zu schließen, ist eine numerische Simulation nötig, mit welcher das Kamerabild abgeglichen wird.
Die vorhandenen Simulationsmodelle beschränken sich dabei auf rein elastische Zellen und vernachlässigen die Viskosität innerhalb der Zelle. Ziel dieses Projekts ist es diesen Schwachpunkt des Verfahrens zu beseitigen und die Viskosität der Zelle in ein numerisches Modell einzubauen. Damit ergibt sich die Möglichkeit durch Abgleich mit den Kamerabildern die Elastizität und Viskosität der Zellen zu bestimmen. Im Ergebnis wäre RT-DC das weltweit schnellste Verfahren zur Messung dieser beiden Parameter und damit eine wichtige Grundlage für Biotechnologie und Medizintechnik. Anwendungsmöglichkeiten reichen von der Schnelldiagnose vieler Krankheiten (z.B. Krebs) bis zur Entwicklung und Evaluierung neuer Therapieformen.


SMWK

BIOTEC Dresden

01.01.2018 bis 31.12.2020