Atomistic modelling of chemical and physical processes as the basis of cell adhesion on solid surfaces

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Die physiologische Reaktion lebender Gewebe auf den Einsatz von mechanisch belastbaren Implantaten oder Biosensoren wird durch die Adhäsion von Körperzellen auf die Implantatoberfläche bestimmt. In diesem Forschungsvorhaben sollen chemische Prozesse an der Grenzfläche zwischen Implantatwerkstoffen und typischen Proteinen der extrazellulären Matrix, die an der Zelladhäsion beteiligt sind, auf atomarer Skala untersucht werden. Hierfür sollen sowohl die Oberflächenchemie (die unter anderem auch von mechanischen Spannungen im Material beeinflusst werden kann) als auch das dynamische Verhalten der Proteine akkurat simuliert werden. Zu diesem Zweck ist es geplant, eine Kombination von klassischen, quantenmechanischen und insbesondere von neuartigen hybriden quanten-klassischen Simulationstechniken zu verwenden. Geplant ist auch der Einsatz von Atomkraftmikroskopie, um die Ergebnisse der Simulationen mit experimentellen Untersuchungen der Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Oberflächen zu koppeln. Die Durchführung dieses Vorhabens, das auf Ergebnissen von gegenwärtiger Forschung und auf existierender Fachkenntnis basiert, soll die Expertisen des Antragstellers sowie des Gastinstituts erweitern und der wachsenden Überlappung zwischen Materialwissenschaft und Biologie einen originellen Beitrag leisten.