Funding

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Our research is supported by generous public funding.  Below is a list of our current funding sources for ongoing projects.  We strive to "pay back" to society by making our research results freely available.  Please see also our Publication site were you can read all publications from our lab. We receive no funding from private sources.

 

Title: Contractile forces during cancer cell migration in a 3-D connective tissue matrix
Funding agency: DFG (single research project grant)
Abstract: The general aim of the proposed project is to characterize the mechanical forces that cancer cells generate during their migration through a 3-dimensional connective tissue matrix. We propose two specific aims. The first aim is to develop a method for measuring the tractions that single cells exert on their surroundings during migration in a connective tissue matrix. The second aim is to test the hypothesis that cancer cell migration in a connective tissue matrix is augmented by the ability to generate higher forces. We will analyze the relationship between force generation and tumor cell invasion as a function of matrix stiffness, matrix protein concentration, mesh-size of the matrix scaffold, and pericellular proteolysis. These data will help us to understand the role of force generation for tumor invasion, and may help explain tumor-specific differences regarding invasiveness and tissue preferences during metastasis formation.

 

Title: Coordinated movements in a penguin huddle
Funding agency: DFG (research project part of the DFG focus program (Schwerpunktprogramm) "Polar Regions (Arktisforschung)")
Abstract: The Emperor penguin (Aptenodytes forsteri) is the only species that breeds during the austral winter. They endure temperatures below -35° C and winds up to 50 m/s. From their arrival at the colony until the eggs hatch, the males, who solely incubate the eggs, fast for about 4 months. To conserve energy and to survive, the penguins form huddles. It is crucial that the huddle structure is continuously reorganized so that time spent at the huddle periphery is limited. Penguins in a huddle are packed so tightly, however, that individual movements become impossible, reminiscent of a jamming transition in compacted colloids. We recently discovered that penguins overcome jamming by moving periodically in large, coordinated clusters. This project aims to understand the reorganization process in penguin huddles and the implications for social thermoregulation. We propose to develop a remote-operated penguin observatory including hard- and software for fast image acquisition and real-time processing. The observatory will be capable of detecting the whole huddle, as well as tracking the movements of thousands of individual penguins throughout the winter. An accurate count of animals within the colony and the size of individual animals will also be recorded, and together our data will help to estimate how the increasing environmental strain such as ongoing climate changes, thinning sea ice and reduced krill availability, is affecting Emperor penguins.

 

Title: Biodegradable Mg and Mg alloys: Tailoring the degradation rate and biocompatibility by surface modifications
Funding agency: DFG (single research project grant)
Abstract: The aim of the present proposal is to systematically explore and tailor the biocompatibility and degradation rate of magnesium (Mg) in an aequeous, physiologic environment. The corrosion rate of pure Mg under such conditions is prohibitively high for cell adhesion and growth. Traditionally, this problem has been tackled by designing more stable Mg alloys. As an alternative strategy, we propose here to passivate the Mg or Mg alloy surface so that cells have a chance adhere and form a cell layer that protects against further rapid corrosion. Preliminary results demonstrate the feasibility of this strategy. Surface modifications include passivation, anodization and biofunctionalization approaches to optimize surface chemistry, reactivity, morphology, and wettability for improved cell adhesion, survival and differentiation. We will then go on to explore the influence of the cell culture medium, buffer composition, protein coating and the presence of a cell layer on the corrosion processes of Mg. Cell experiments are guided by a mechanistic, “frustrated adhesion” hypothesis. Accordingly, cell behavior on mechanically stiff but corroding surfaces is governed by the same principles that govern cell behavior on soft matrices. The project will be carried out in collaboration between a research group specialized in corrosion, electrochemistry, and surface science, and a research group specialized in cell/materials-interactions.

 

Title: Molekulare Charakterisierung der biomechanischen Belastbarkeit von Muskelzellen von Patienten mit myofibrillären Myopathien.
Funding agency: Deutsche Gesellschaft für Muskelkranke
Abstract: Myofibrilläre Myopathien (MFM) sind progressive humane Skelettmuskel-Erkrankungen, die myopathologisch durch Desmin-positive Proteinaggregate und myofibrilläre Degenerationszeichen charakterisiert sind. Etwa die Hälfte der MFM werden durch Desmin-, Plectin-, αB-Crystallin-, Filamin C-, Myotilin-, FHL1-, ZASP- und BAG3-Mutationen bedingt; die andere Hälfte dieser Erkrankungen wird durch bislang unbekannte Gendefekte verursacht. Die genauen molekularen Veränderungen, die vom jeweiligen Gendefekt zu einer gemeinsamen myopathologischen Manifestation der Krankheit führen, sind bisher unklar. Das vorliegende Projekt soll die grundlegende Frage klären, welchen Einfluss pathogene MFM-Mutationen auf die biomechanische Funktion von Skelettmuskelzellen haben und welche molekularen Prozesse zu einer verminderten mechanischen Stressresistenz der quergestreiften Muskulatur bei diesen Erkrankungen beitragen. Unsere ersten biomechanischen Analysen an primären Myoblasten von Patienten mit Desmin- und Plectin-Mutationen zeigten eine stark erhöhte mechanische Steifigkeit dieser Zellen im Vergleich zu Normalkontrollen. Aus diesem Befund lässt sich die Hypothese ableiten, dass diese steifen Zellen bereits bei physiologischen Zug- und Scherbelastungen eine erhöhte mechanische Vulnerabilität aufweisen, welche konsekutiv einen vorzeitigen Muskelfaseruntergang bewirken kann. Im Rahmen des vorliegenden Projektes soll erstmals eine detaillierte biomechanische Charakterisierung von Myoblasten von Patienten mit genetisch gesicherten Desmin-, Plectin-, alphaB-Crystallin-, Filamin C-, FHL1-, Myotilin- und VCP-Mutationen erfolgen. Diese Charakterisierung erfolgt mittels traction microscopy und cell stretch Experimenten in Kombination mit zeitlich und örtlich hochauflösender konfokaler Lasermikroskopie und Proteinexpressionsstudien. Dieser kombinierte Ansatz erlaubt grundlegend neue Einblicke zwischen der bei diesen Erkrankungen vorliegenden Zytoskelettpathologie und den hiermit einhergehenden Veränderungen in den biomechanischen Eigenschaften von Muskelzellen.

 

Title: Organ Engineering mit selbstassemblierenden Proteinen und bioaktive Biomaterialien: Ein neuer Therapieansatz für die Regenerative Medizin
Funding agency: University of Erlangen-Nuremberg, part of the "Emerging fields initiative"
Abstract: Innovative Biomaterialien und das Tissue Engineering sind Forschungszweige mit hohem Anwendungspotenzial für die Regenerative Medizin. Aus diesem Grund ist das Gesamtziel des geplanten Projektes die grundlegende Erforschung und Entwicklung von intelligenten Therapien durch Unterstützung von maßgeschneiderten Biomaterialien - von bioaktiven Gläsern bis selbstassemblierenden Proteinen - sowie durch Generierung von lebenden, funktionellen Organstrukturen. Weiterhin ist geplant diese Technologie u.a. als Plattform für Anwendungen in der Nanomedizin und der Tumortherapie zu nutzen. Dazu sollen sowohl z.B. spezielle Drug Delivery Systeme mit magnetischen Nanopartikeln als auch Testsysteme für diese Materialien und deren Applikation entwickelt werden. Der Ansatz des Organ Engineering unter Einbeziehung selbstassemblierender Proteine bietet das Potenzial, Organe bzw. Organbestandteile direkt im OP am bzw. im Patienten herzustellen. Durch die selbstassemblierenden Eigenschaften von Proteinen kann zusätzlich die Formgebung z.B. direkt am Wirkungsort erfolgen. Durch diese Kombination wird die komplizierte und langwierige Kultivierung der Organe entfallen. Ein Einsatz ist dadurch sogar in der Notfallchirurgie denkbar. Der Medizintechnik- und Universitätsstandort Erlangen wird durch diese interdisziplinäre Technologieplattform gestärkt und erweitert. Diese innovative Medizintechnik aus Erlangen, welche in Deutschland noch nicht entwickelt ist, kann schließlich dazu beitragen, dass geschädigtes Gewebe eines Patienten in situ optimal regeneriert wird. Langfristig kann diese Technologieplattform der Universität und der Region (Medical Valley e.V.) einen Vorsprung in diesem äußerst innovativen Bereich der Medizintechnik und medizinischen Therapie sicheren.