372 | FÖRDERUNG DES WISSENSCHAFTLICHEN NACHWUCHSES

Flächen, Fibronektin-, RGD-, poly-L-Lysin und Matrigelbeschichtung ermöglich-
ten kein Anwachsen oder Zelladhäsion. Wir konnten erstmals zeigen, dass die iso-
lierte extrazelluläre Matrix (ECM) der Hydra, die sogenannte Mesoglea, eine effizi-
ente Hydra-Zett- sowie Aggregat-Adhäsion und -Kultur ermöglicht: Wir waren in
der Lage unser Protokoll für konfokale high time resolution live Videomikroskopie
zu adaptieren, wobei isolierte lebende Hydrazellen auf der zuvor isolierten und
präparierten Mesoglea anwachsen. So können wir erstmals im Detail Zell-Zell-
sowie Zell-Matrix-Kontake und Veränderungen in Echtzeit dokumentieren und
messen (Abb. 1B).
Mathematisches Modell
Im Rahmen des Projektes wurde — basierend auf zellulären mikroskopischen Stu-
dien an Hydra-Zellaggregaten — ein analoges kontinuierliches mathematisches
Modell entwickelt (Abb. 2A). Das vorliegende Modell beschreibt zwei aneinander
liegende Gewebeschichten als gekrümmte Flächen, deren mechanische Eigenschaf-
ten (Analoga zu Zellform und -Steifigkeit) an laterale Morphogen-Verteilungen
gekoppelt sind. Das Modell eignet sich zur Beschreibung der Deformation von
Hydra-Epithel durch sowohl künstliche Morphogen-Gradienten auf strukturierten
Oberflächen als auch durch natürliche Bffit-Expression in Hydra oder Hydra-Re-
aggregaten. Das entwickelte Modell basiert auf der Minimierung einer Freien Ener-
gie gemäß Helfrich und liegt in Form eines nichtlinearen Systems von partiellen
Differentialgleichungen vor. Es wurde ein numerischer Code entwickelt, der Simula-
tionen des mathematischen Modells erlaubt. Dieser baut auf der existierenden Finite-
Elemente-Bibliothek Gascoigne (www.gascoigne.de) auf und bietet die Möglich-
keit, Konzepte und Experimente am theoretischen Modell untersuchen zu können.
Eine Revision und Parametrisierung des Modells (wie z.B. Überprüfung des Defor-
mationsverhaltens, Bestimmung der Gewebe-Steifigkeit) wurde vorgenommen,
indem experimentelle Deformationen von Hydra-Epithel direkt mit simulierten
Deformationen verglichen wurden (Abb. 2 B,C).
Engführung mikroskopische Daten und Simulationen
Um der basalen Fragestellung nachzugehen, ob asymmetrische Gewebe-Zellformen
während des Symmetriebruchs ein Resultat von lokaler PFht-Konzentration oder
eines Wnt-Gradienten sind, wurden erste vergleichende Studien durchgeführt: Die
Verteilung von Wnt3-Molekülen wurde aus Fluoreszenz-mikroskopischen Studien
übernommen und beide möglichen Abhängigkeiten mit dem parametrisierten
Modell simuliert (Abb. 2D,E). Erste Vergleiche der Simulationsergebnisse mit
mikroskopischen Daten sprechen für eine direkte Abhängigkeit der Gewebezellform
von der PHit-Konzentration in jeder der beiden Zellschichten. Um die Wnt-Vertei-
lung und -Anreicherung in vivo zu analysieren, verwendeten wir eine u>nt3::GFP-
Reporterhme, welche die Expressionsdomänen und die endogene Konzentration
von Wnt3 rekapituliert. Wir entdeckten, dass rawtd.’.’GFP-Expression in der endoder-
malen inneren Zellschicht initiiert wird (Abb. 2D). Es ist zur Zeit funktionell aber