Projekt

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CINDY - Control of Intracranial Dynamics by Mechanosensing Neurons

Titel Englisch CINDY - Control of Intracranial Dynamics by Mechanosensing Neurons
Gesuchsteller/in Kurtcuoglu Vartan
Nummer 147193
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Physiologisches Institut Universität Zürich
Hochschule Universität Zürich - ZH
Hauptdisziplin Fluiddynamik
Beginn/Ende 01.09.2013 - 31.03.2017
Bewilligter Betrag 437'546.00
Alle Daten anzeigen

Alle Disziplinen (8)

Disziplin
Fluiddynamik
Zellbiologie, Zytologie
Biomedical Engineering
Materialwissenschaften
Neurophysiologie und Hirnforschung
Biophysik
Elektroingenieurwesen
Maschineningenieurwesen

Keywords (10)

Brain mechanics; Computational fluid dynamics; Homogenization theory; Mechanobiology; Fluid structure interaction; Finite volume method; Porous media; Microfabrication; Brain Mechanics; Intracranial dynamics

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Unser Gehirn befindet sich in ständiger Bewegung. Durch die Pulsation der Blutgefässe und Interaktion mit der Hirn-Rückenmarksflüssigkeit wird es kontinuierlich mechanisch angeregt. In diesem Forschungsprojekt werden wir untersuchen, ob das Gehirn solche mechanischen Einflüsse aktiv wahrnehmen und darauf reagieren kann.
Lay summary

Das menschliche Gehirn ist sehr empfindlich auf mechanische Einwirkungen. Es wird deshalb vom Schädel und der Hirn-Rückenmarksflüssigkeit gegen äussere Einflüsse geschützt. Diese Schutzsysteme haben aber auch einen Nachteil: Wenn es im Innern des Gehirns zu Blutungen oder Wasseransammlungen kommt, steigt wegen des starren Schädels und der inkompressiblen Hirnflüssigkeit der Hirndruck. Dieser erhöhte Druck kann eine permanente Schädigung des Gehirns nach sich ziehen.

Es ist bekannt, dass verschiedene Organe wie zum Beispiel die Niere Flüssigkeitsbewegungen mittels spezialisierter Zellstrukturen erfassen können.  Wir gehen von der Hypothese aus, dass auch Neuronen Flüssigkeitsbewegungen im Gehirn erfassen und die entsprechende Information ihren benachbarten Neuronen weiterleiten können. Diese Signale könnten dem Gehirn dazu dienen, sich den veränderten mechanischen Gegebenheiten anzupassen, zum Beispiel indem der lokale Wassergehalt des Gewebes verändert wird. Dadurch könnte ein möglicher Anstieg des Hirndrucks hinausgezögert oder reduziert werden.

Wir werden diese Hypothese mittels Computersimulationen der Gehirnmechanik und anhand von neuronalen Zellkulturen testen. Sollte sie sich bewahrheiten, könnten neue Ansätze für die Behandlung von Erkrankungen entwickelt werden, welche sich über veränderte Druck- und Flusszustände im zentralen Nervensystem äussern. Zu diesen Erkrankungen gehören unter anderem Hydrozephalus, Syringomyelie und Chiari-Malformation.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 03.04.2013

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Endothelialization of rationally microtextured surfaces with minimal cell seeding under flow
Stefopoulos Georgios, Robotti Francesco, Falk Volkmar, Poulikakos Dimos, Ferrai Aldo (2016), Endothelialization of rationally microtextured surfaces with minimal cell seeding under flow, in Small, 12, 4113.
Glymphatic solute transport does not require bulk flow
Asgari Mahdi, de Zélicourt Diane, Kurtcuoglu Vartan (2016), Glymphatic solute transport does not require bulk flow, in Scientific Reports, 6, 38635.
How astrocyte networks may contribute to cerebral metabolite clearance
Asgari Mahdi, de Zelicourt Diane, Kurtcuoglu Vartan (2015), How astrocyte networks may contribute to cerebral metabolite clearance, in Scientific Reports, 5, 15024.
Flow induced by ependymal cilia dominates near-wall cerebrospinal fluid dynamics in the lateral ventricles
Siyahhan Bercan, Knobloch Verena, de Zelicourt Diane, Asgari Mahdi, Daners Marianne Schmid, Poulikakos Dimos, Kurtcuoglu Vartan (2014), Flow induced by ependymal cilia dominates near-wall cerebrospinal fluid dynamics in the lateral ventricles, in Journal of the Royal Society Interface, 11(94), 20131189.
The influence of surface micro-structure on endothelialization under supraphysiological wall shear stress
Robotti Francesco, Franco Davide, Bänninger Livia, Wyler Jair, Starck Christoph, Falk Volkmar, Poulikakos Dimos, Ferrari Aldo (2014), The influence of surface micro-structure on endothelialization under supraphysiological wall shear stress, in Biomaterials, 35, 8479.
Barrier dysfunction or drainage reduction: Differentiating causes of CSF protein increase
Asgari Mahdi, de Zélicourt Diane, Kurtcuoglu Vartan, Barrier dysfunction or drainage reduction: Differentiating causes of CSF protein increase, in Fluids and Barriers of the CNS, 0.

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
Jürgen Meixensberger, Klinik und Polyklinik für Neurochirurgie, Universität Leipzig Deutschland (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Marek Czosnyka, Cambridge Neuroscience, University of Cambridge Grossbritannien und Nordirland (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Anders Eklund, Umeå Center for Functional Brain Imaging, Umeå University Schweden (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
42. Jahrestagung der Sektion Intrakranieller Druck, Hirndurchblutung und Hydrozephalus der DGNC Vortrag im Rahmen einer Tagung Möglicher Beitrag von Netzwerken aus Astrozyten zur Abfuhr von Stoffwechselprodukten 05.11.2016 Bern, Schweiz Kurtcuoglu Vartan; Asgari Mahdi;
8th Meeting of the International Society of Hydrocephalus and Cerebrospinal Fluid Disorders Vortrag im Rahmen einer Tagung Flow versus solute transport in the cerebrospinal fluid 08.10.2016 Cartagena, Kolumbien Kurtcuoglu Vartan; Asgari Mahdi;
8th Meeting of the International Society of Hydrocephalus and Cerebrospinal Fluid Disorders Einzelvortrag How astrocyte networks may contribute to cerebral metabolite clearance 08.10.2016 Cartagena, Kolumbien Asgari Mahdi; Kurtcuoglu Vartan;
Latsis Symposium on Personalized Medicine Vortrag im Rahmen einer Tagung The complex world of cerebral waterways 27.06.2016 Zurich, Schweiz Kurtcuoglu Vartan;
13th Psychoimmunology Experts Meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Possible contribution of astrocyte networks to cerebral metabolite clearance 03.03.2016 Günzburg, Deutschland Kurtcuoglu Vartan;
The 8th International Bio-Fluid Symposium, Caltech, California, US Vortrag im Rahmen einer Tagung How astrocyte networks may contribute to cerebral metabolite clearance 12.02.2016 Caltech, Pasadena, California, Vereinigte Staaten von Amerika Asgari Mahdi; Kurtcuoglu Vartan;
10th Symposium of the International Hydrocephalus Imaging Working Group Vortrag im Rahmen einer Tagung Computational model of tracer transport reduction due to deletion of Aqp4 18.09.2015 Banff, Kanada Asgari Mahdi; Kurtcuoglu Vartan;
8th Symposium of the International Hydrocephalus Imaging Working Group Vortrag im Rahmen einer Tagung CSF Driving Mechanisms in the Ventricles 05.09.2015 Bristol, Grossbritannien und Nordirland Kurtcuoglu Vartan;
Computational Fluid Dynamics in Medicine and Biology II Vortrag im Rahmen einer Tagung Brain water transport and astrocyte networks 30.08.2015 Albufeira, Portugal Kurtcuoglu Vartan;
3rd Cerebrospinal Fluid Dynamics Symposium Vortrag im Rahmen einer Tagung Contribution of astrocyte networks to cerebral water flow 09.07.2015 Amiens, Frankreich Kurtcuoglu Vartan; Asgari Mahdi;
Hydrocephalustagung Leipzig Vortrag im Rahmen einer Tagung Computermodelle für die Quantifizierung der Liquordynamik 20.06.2015 Leipzig, Deutschland Kurtcuoglu Vartan;
Jahreskongress der deutschen Gesellschaft für Biologische Psychiatrie Vortrag im Rahmen einer Tagung Pulsierender Liquorfluss in vivo beim Menschen 26.09.2014 Aachen, Deutschland Kurtcuoglu Vartan;


Kommunikation mit der Öffentlichkeit

Kommunikation Titel Medien Ort Jahr
Referate/Veranstaltungen/Ausstellungen Kinder-Universität Zürich Deutschschweiz 2016
Referate/Veranstaltungen/Ausstellungen Seniorenuniversität Schaffhausen Deutschschweiz 2015

Auszeichnungen

Titel Jahr
Young Investigator Award of the International Society of Hydrocephalus and Cerebrospinal Fluid Disorders, presented at the society's eight annual meeting 2016

Abstract

Impaired dynamics of intracranial fluid flow and pressure due to injury or disease is one of the main causes of brain damage and therewith associated death in young children and the elderly. Due to the limited understanding of the body’s control of intracranial dynamics, only symptomatic treatment is possible.The proposed research aims to elucidate a mechanism of intracranial dynamics control that could pave the way to specific (rather than symptomatic) treatment of traumatic brain injury, hydrocephalus and other intracranial disorders. Control of intracranial dynamics requires mechanosensing within the intracranial space. However, no cerebral flow or shear sensing areas are known to date. In contrast, arteries, kidneys and other organs have been shown to have well defined mechanotransduction pathways. We postulate that similar sensing mechanisms must be at work in the brain. This hypothesis will be tested using a hybrid approach: A novel computational model that takes into account the cerebral micro-structure will yield an estimate of local shear stresses. These data will be used to design a microfluidic flow chamber capable of reproducing frequencies and amplitudes of in vivo shear stress on cell cultures. If the hypothesis of shear stress sensing proves correct, it will fundamentally change the view of the brain as a mechanically passive organ. With this rectified understanding of brain mechanics, new opportunities for the treatment of intracranial pathologies are bound to emerge.
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