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I. Vonderhaid:
"Biomechanics of neuronal growth cone motility";
Betreuer/in(nen): G. Badurek, J. Käs; Atominstitut, 2012; Abschlussprüfung: 19.01.2012.

Das menschliche Hirn und sein Nervengewebe als wichtigster Grundbaustein sind unverzichtbar für das Dasein. Das Hirn und seine vielfachen und komplexen Funktionen unterscheidet den Menschen von anderen Säugetieren. Das Hirn ist unser Computerzentrum, aufgebaut von einer unermessliche Zahl an neuronalen Zellen, verknüpft zu einem Netzwerk. Während der Embryogenese formt sich das Netzwerk aus einzelnen unverknüpften Zellen. Um eine Verbindung herzustellen strecken Zellen Ausstülpungen, aus welchen sich Neuriten formieren, aus. Verbinden sich 2 Neuriten entsteht eine Synapse. Um die Mechanismen der Netzwerkentstehung zu erforschen ist es sinnvoll wachsende Neuriten mit Blick auf die Art und Weise ihrer Wegfindung zu beobachten. Der Wachstumskegel (Growth Cone) ist eine höchst dynamische und spezialisierte Struktur an der Spitze der Neuriten und zuständig für die neuronale Beweglichkeit und Wegfindung.
Ein tiefes Verständnis für die Beweglichkeit des Growth Cones und dessen Funktionen ist für die Entwicklung von Therapien zur Nervenregeneration unerlässlich. Daher sind neuronale Zellen Gegenstand der vorliegenden Arbeit.
Im Detail werden die Kräfte eines Growth Cones auf ein weiches, elastisches Gel (Polyacrylamid) mit eingebetteten fluoreszierenden Teilchen untersucht. Die Experimente wurden unter Verwendung von Fluoreszenz- und Phasenkontrastmikroskopie durchgeführt. Die erhaltenen Bild-Zeitserien des Neuriten Verhaltens von NG108-15 Zellen wurden mit einem 2D Kreuzkorrelationsalgorithmus analysiert. Dies Art der Analyse ist als Traction Force Microscopy bekannt. Bisher wurden keine Traktionskräftemessungen dieser Zellart durchgeführt.
Ich konnte zeigen, dass die Neuriten der Zellen an spezifischen Punkten entlang des selbigen adherieren und ihr Rückzug schrittweise stattfindet.

The human brain and its most essential building block the nerve tissue are indispensable to life. The brain and its complex and versatile functions distinguishes humans from other mammalians. It is our computer center which collects and processes all information. This work is done by 10 billion to 1 trillion neuronal cells, which form a complex neuronal network. During embryogenesis network formation starts out of single unconnected cells. To form a connection cells will send out long and thin protrusions called neurites. When two neurites meet they can establish a connection - a synapse. In order to understand how the network is formed it is interesting to look at growing neurites and how they find their way. The growth cone is a highly specialised structure sitting at the tip of these neurites, responsible for neurite motility and path finding.
A deep understanding of growth cone motility and growth cone functions are essential to be able to develop therapies for reconstruction of capped or injured neuronal connections. Hence, they are subject of the experiments presented within this thesis.
More precisely, the forces of growth cones transmitted to a soft elastic substrate (polyacrylamide gel) are observed. The observations are performed by using combined phase contrast and fluorescence microscopy.
The obtained image time series of growth cone behaviour are analysed via a 2D cross correlation algorithm. This kind of analysis is also known as traction force microscopy.
The observed growth cones belong to neuronal cells of the cell line NG108-15.
Until now traction force measurement of this cell type have not been performed yet. We could show that the neurites of NG108-15 cells adhere at distinct points along the neurites. Furthermore we could show that neurites retract step by step loosing one adhesion after the other.