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Der katalanische Wissenschaftler Prof. Otger Campàs wurde zum 1. Juli 2021 offiziell auf den Lehrstuhl für Gewebedynamik am Exzellenzcluster Physics of Life (PoL) berufen, der mit dem Center for Molecular and Cellular Bioengineering (CMCB) der TU Dresden assoziiert ist. Prof. Campàs wird die Forschungsgruppe "Physics of Embryonic Self-Organization and Morphogenesis" leiten, die Physik, Biologie und Ingenieurwissenschaften miteinander verbindet. Sein interdisziplinäres Team untersucht, wie sich Zellen selbst organisieren, um embryonale Strukturen aufzubauen. Das Campàs-Labor ist am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) angesiedelt.

Zellen "kommunizieren" ständig miteinander, um die Gewebe und Organe aufzubauen, die Lebewesen funktionsfähig machen. Zusätzlich zu den Signalen, die sich die Zellen gegenseitig senden, können sich die Zellen auch gegenseitig greifen und die notwendigen Kräfte ausüben, um Embryonen in Form zu bringen. Die winzigen Kräfte, die Zellen erzeugen, und die Art und Weise, wie diese Kräfte koordiniert werden, um Organismen zu formen, sind immer noch ein ungelöstes Rätsel. "Unsere Gruppe hat mehrere neue Techniken entwickelt, um hierfür Lösungen zu finden. Damit können die mechanischen Kräfte und Materialeigenschaften von Zellen und Geweben gemessen bzw. beeinflusst werden. Dies setzen wir insbesondere in sich entwickelnden Embryonen und Organoiden ein, d.h. in miniaturisierten, im Labor gezüchteten Organen. Unsere einzigartigen Techniken eröffnen neue Wege, um die Rolle der Mechanik – insbesondere mechanische Rückkopplungen, Mechanobiologie, Biomechanik und Biophysik – im Organismus oder Gewebe zu studieren. Das konnten wir auch kürzlich mit unserer Entdeckung von Flüssig-zu-Feststoff-Stauübergängen in der Embryonalentwicklung zeigen", erklärt Prof. Campàs.

Das Campàs-Labor hatte entdeckt, dass Zellen Gewebe dort "schmelzen", wo es notwendig ist, um den Embryo zu verlängern und richtig zu formen, um so die längliche Form von Wirbeltieren zu erzeugen. Am Ende des Vorgangs wird das Gewebe in seiner zweckmäßigen Form "eingefroren" bzw. fixiert. "Ich denke, wir werden diesen neuartigen physikalischen Mechanismus im Prozess der Morphogenese in einer Vielzahl von Systemen finden“, sagt Campàs. „Solche mechanischen Veränderungen müssen von den Zellen genau reguliert werden, damit sie an einem bestimmten Ort innerhalb eines Gewebes und zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Entwicklung auftreten –ein zentrales Thema, mit dem wir uns momentan beschäftigen.“ Diese Entdeckung war dank einer Reihe neuer Techniken möglich, die ebenfalls im Forschungsteam um Otger Campàs entwickelt wurden, und die sich winziger Öltröpfchen bedienen, um die Mechanik in Embryonen präzise zu messen.

Professor Campàs betont, wie wichtig es ist, eine ganzheitliche Sicht auf biologische Systeme zu schaffen, die genetische, molekulare und physikalische Aspekte integriert. "Eine hochgradig interdisziplinäre Atmosphäre ist notwendig, um biologische Fragen anzugehen, die Konzepte aus vielen verschiedenen Disziplinen zu integrieren. Deshalb habe ich mich entschieden, in Dresden zu forschen. Diese Stadt ist einer der erfolgreichsten interdisziplinären Forschungsstandorte der Welt, an dem Biologie, Physik und Ingenieurwissenschaften stark miteinander verbunden sind. Dadurch werden fruchtbare Kooperationen gefördert und Synergien geschaffen, sowohl innerhalb als auch zwischen den Instituten", erklärt der Wissenschaftler.

Mehrere wissenschaftliche Bereiche wie Physik, Biologie, Biomedizin und Bioengineering werden von diesen neuesten Erkenntnissen, wie Zellen während der Embryonalentwicklung zusammenwirken, um Gewebe zu bilden, stark profitieren. Otger Campàs ist sich sicher, dass genau dieser Esprit der Zusammenarbeit und Interdisziplinarität zu neuen Konzepten und Ansätzen führen wird, um fundamentale physikalische Aspekte der lebenden Materie und sogar viele Krankheitsprozesse zu verstehen und so auch neue Therapiemöglichkeiten zu entwickeln.

Otger Campàs absolvierte 2004 seinen M.Sc. in Physik an der Universität Barcelona (Spanien). Im Jahr 2006 promovierte er in Biophysik am Institut Curie in Paris (Frankreich) und an der Universität Barcelona. Anschließend forschte er als Postdoktorand an der Harvard University (USA). Im Jahr 2012 wurde Campàs Assistant Professor an der University of California, Santa Barbara (USA), wo er auch den Mellichamp-Lehrstuhl für Systembiologie und Bioengineering innehatte. 2019 wurde er Tenured Associate Professor an der UCSB und seit Juli 2021 ist er Professor und Lehrstuhlinhaber für Tissue Dynamics am Exzellenzcluster Physik des Lebens an der TU Dresden, wo er die Forschungsgruppe Physik der embryonalen Selbstorganisation und Morphogenese leitet.

Für weitere Informationen besuchen Sie die Website der Forschungsgruppe.

Zebrafisch-Embryo (fluoreszierend markierte Zellmembranen) mit eingebettetem Öl-Mikrotropfen der zur Darstellung von Gewebe- und Zellkräften in vivo genutzt wird. © Alessandro Mongera/Otger Campàs

Über PoL – Exzellenzcluster Physics of Life

Das Exzellenzcluster Physik des Lebens (Physics of Life - PoL) der TU Dresden konzentriert sich auf die Gesetze der Physik, die der Organisation des Lebens in Molekülen, Zellen und Geweben zugrunde liegen. Am Cluster erforschen Expertinnen und Experten aus Physik, Biologie und Informatik gemeinsam, wie sich aktive Materie in vorgegebene Strukturen in Zellen und Geweben organisiert und damit Leben entsteht. PoL wird im Rahmen der Exzellenzstrategie durch die DFG gefördert und ist eine Kooperation zwischen Forschungsgruppen der TU Dresden und Forschungseinrichtungen des DRESDEN-concept-Verbundes, wie dem Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG), dem Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme (MPI-PKS), dem Leibniz-Institut für Polymerforschung (IPF) und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). www.physics-of-life.tu-dresden.de