Forscher der Universität Bristol haben durch ein neues mathematisches Modell einen bedeutenden Schritt zum Verständnis der Wundheilung gemacht. Die Studie, die im Journal Physical Review Letters veröffentlicht wurde, baut auf früheren Untersuchungen an Fruchtfliegen auf, bei denen beobachtet wurde, wie sich epitheliale Zellen bewegen, um eine Verletzung zu schließen. Dieser Prozess der Re-Epithelialisierung ist entscheidend, da er die äußere Schutzbarriere des Körpers wiederherstellt. Scheitert er, bleiben Wunden offen und anfällig für Infektionen. Daher ist es wichtig, die physikalischen Mechanismen und Kräfte zu verstehen, die einen erfolgreichen Verschluss begünstigen. Um diese Abläufe auf zellulärer Ebene zu untersuchen, analysierte das Forschungsteam die Wundheilung bei Fruchtfliegen. Unter Verwendung fortschrittlicher Deep-Learning-Tools wurden Tausende von Zellen ausgewertet. Dabei stellte sich heraus, dass die Zellen im Flügel der Fliege in einem hochorganisierten Muster angeordnet sind. Jede Zelle weist eine Kopf-Schwanz-Symmetrie auf und neigt dazu, sich entlang der Längsachse des Flügels auszurichten. Das neu entwickelte mathematische Modell zielt darauf ab, zu verstehen, wie diese Zellausrichtung die Art und Weise beeinflusst, wie eine Wunde schließt. Das Modell behandelt das Gewebe wie eine Flüssigkeit, die aus zahlreichen länglichen, ausgerichteten, zellähnlichen Teilchen besteht. Dieser Ansatz ermöglichte es den Forschern, zuvor vernachlässigte Kräfte zu schätzen, die innerhalb des umgebenden Gewebes wirken und den Verschluss beeinflussen. Das Modell sagt voraus, dass die umgebenden Kräfte im sogenannten Bulk-Gewebe dazu führen können, dass eine anfangs runde Wunde beim Schließen gestreckt oder „gequetscht" wird. Dies geschieht in Übereinstimmung mit der natürlichen Ausrichtung des umliegenden Gewebes. Als die Forscher ihre Vorhersagen mit experimentellen Daten abgleichen, bestätigte sich dieses Muster exakt: Die Form der Wunde veränderte sich in Übereinstimmung mit der Ausrichtung des Gewebes. Henry Andralojc, ein Doktorand an der Fakultät für Mathematik und Mitautor der Studie, betonte die Bedeutung der Kräfte, die im Gewebe um die Wunde herum entstehen. Diese wurden bisher von mechanischen Modellen der Re-Epithelialisierung vernachlässigt. Andralojc hob zudem die Wichtigkeit der interdisziplinären Zusammenarbeit hervor, da die experimentellen Beobachtungen der Zellenausrichtung notwendig waren, um ein Modell für diese Bulk-Gewebe-Kräfte abzuleiten. Tanniemola Liverpool, Professor für theoretische Physik an derselben Fakultät, ergänzte, dass die Ergebnisse zeigen, wie stark die vom umgebenden Gewebe erzeugten Kräfte die Heilungsgeschwindigkeit beeinflussen. Wenn das Gewebe nach innen zieht, schließt sich die Wunde schneller. Drückt das Gewebe nach außen, verlangsamt sich der Verschluss. Das entwickelte Modell deutet zudem darauf hin, dass die Ausrichtung der Zellen um die Wunde herum zwar vorübergehende Unterbrechungen in diesem geordneten Muster verursachen kann, diese kleinen Unregelmäßigkeiten jedoch verschwinden, sobald die Wunde schließlich geschlossen ist. Diese Erkenntnisse könnten langfristig zu besseren Therapien führen, um chronische Wunden zu behandeln, indem die physikalischen Bedingungen der Wundumgebung gezielt optimiert werden.