Förderung der VolkswagenStiftung für Isabella Guido

27. Juli 2021

Im Rahmen der Förderinitiative „Experiment!“ der Volkswagenstiftung hat sich Dr. Isabella Guido vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation erfolgreich um eine finanzielle Förderung beworben. Die Unterstützung richtet sich an Forschende aus den Natur-, Ingenieur- und Lebenswissenschaften, die besonders innovative und riskante neue Forschungsideen umsetzen möchten. In ihrem Projekt ‘Collective behaviour of synthetic cilia arrays’ wird die Gruppenleiterin innerhalb der Abteilung für Fluidphysik, Strukturbildung und Biokomplexität die von biologischen Organismen erzeugten Strömungen untersuchen.

Der Transport von Flüssigkeiten ist ein entscheidendes biologisches Prinzip. Viele Organismen benutzen hierfür sogenannte Zilien oder Flagellen: Kleine fadenähnliche Fortsätze auf den Zellen, die sich in einem bestimmten Rhythmus bewegen. Wenn sie in hoher Dichte auftreten, können sie durch eine synchronisierte Bewegung eine Strömung an der Zelloberfläche erzeugen. Dies ist zum Beispiel entscheidend für den Abtransport von Fremdpartikeln, aber auch wichtig für die der embryonalen Entwicklung zugrunde liegenden Prozesse. „Auch wenn das Prinzip der durch Zilien oder Flagellen erzeugten Strömung schon lange bekannt ist, so ist noch nicht vollständig geklärt, wie sie ihren Schlag synchronisieren“, erklärt Isabella Guido. „In dem geförderten Projekt wollen wir solche Mikrostrukturen synthetisch nachbilden, um das Verhalten von natürlichen Zilien und Flagellen zu untersuchen und besser zu verstehen.“

Auf der Suche nach den Bedingungen für die Synchronisation

Die synchronisierte Organisation von Cilien auf Oberflächen spielt eine entscheidende Rolle für viele biologische Prozesse (3D-Rekonstruktion)

Die Idee für das Projekt kam der Wissenschaftlerin während ihrer vorherigen Arbeiten in diesem Bereich: Bereits zuvor hatte sie das physikalische Prinzip hinter dem Schlagverhalten von einzelnen Zilien untersucht. Dabei stellte sie fest, dass sich mehrere synthetischen Zilien unter bestimmten Bedingungen spontan synchronisieren und eine koordinierte Bewegung durchführen. „Wir wollen nun untersuchen, welches die Bedingungen sind, die zu einer solchen Organisation führen“, so Isabella. Hierzu erzeugt sie mit ihren Team Gruppen von Zilien, die wie in der Natur von Motorproteinen angetrieben werden. Durch definierte Zusammensetzungen und äußere Bedingungen könnten sich so die physikalischen Organisationsprinzipien entschlüsseln lassen. Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber entsprechenden Untersuchen im biologischen Kontext: Durch komplexe zelluläre Prozesse und Wechselwirkungen kann dort der Zilienschlag oft nur schwer isoliert betrachtet werden.

Förderung einer innovativen Idee

Insbesondere weil die Beobachtung auf biologischer Ebene diese Herausforderungen mit sich bringt, ist die synthetische Nachbildung eines „Rasens“ aus Zilien ein spannender neuer Ansatz. Dies fand auch die Jury der Förderinitiative „Experiment!“, welche das Projekt in den nächsten 12 Monaten unterstützen wird. Die Initiative der Volkswagen Stiftung hat seit ihrem Start im Jahr 2012 zahlreiche wissenschaftliche Projekte begleitet. Mit 824 eingereichten Projektanträgen war die Zahl der Bewerber in diesem Jahr besonders hoch, gleichzeitig wurden nur 18 Projekte für eine Förderung ausgewählt. „Ich bin sehr froh, dass mein Projekt eines davon ist“, freut sich Isabella Guido. „Das Design von synthetischen Transportsystemen im Nanometerbereich ist derzeit trotz modernster Technologie nur bedingt möglich. Unsere Forschungsarbeit könnte dazu beitragen, diese Entwicklung weiter voranzutreiben.“

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