Biomechanik
2D und 3D Zellkultur
2D- und 3D-Zellkulturen von kardialen Fibroblasten unterscheiden sich in ihrer Umgebung und somit auch in ihrem Verhalten. 2D-Kulturen, bei denen Zellen auf einer ebenen Fläche wachsen, bilden eine vereinfachte Umgebung, während 3D-Kulturen, die in dreidimensionalen Gerüsten (z.B. Kollagen-Matrix) stattfinden, eine komplexere und dem natürlichen Gewebe ähnliche Umgebung bieten. Diese Unterschiede führen zu verschiedenen Zellinteraktionen, Genexpression und Morphologien, was sich auf die Ergebnisse von Experimenten auswirken kann. Aus diesem Grund streben wir die Charakterisierung der Zellen sowohl in 2D- als auch 3D-Zellkulturmodellen an.
Variable Substratsteifigkeit
Im gesunden Herzen sichern Fibroblasten die strukturelle Integrität und passen die Matrixzusammensetzung an funktionelle Anforderungen an. Bei pathologischen Zuständen, etwa nach Ischämie oder bei chronischer Überlastung, kommt es zu einer Aktivierung und Differenzierung in Myofibroblasten. Dies führt zu einer verstärkten Matrixproduktion, erhöhter Steifigkeit des Gewebes und einer Beeinträchtigung der viskoelastischen Eigenschaften des Herzmuskels, was die mechanische Funktion des Herzens beeinträchtigen kann. Die Anpassung an mechanische Reize erfolgt über Zell-Matrix-Wechselwirkungen und führt zu phänotypischen Veränderungen, die für die Pathogenese der Herzfibrose und das Remodelling nach Schädigungen wie Myokardinfarkt relevant sind. Um den Einfluss der Substratsteifigkeit auf den Phänotyp kardialer Fibroblasten zu untersuchen, werden moderne in vitro-Systeme (2D und 3D) mit variabler Substratsteifigkeit eingesetzt. Während Plastik oder Glas sehr steife (ca. 2 GPa) Substrate darstellen, sollen weichere Substrate die elastischen Eigenschaften des gesunden Herzgewebes (ca. 10–15 kPa) nachempfinden.