@phdthesis{Bischofs2004,
  author    = {Bischofs, Ilka Bettina},
  title     = {Elastic interactions of cellular force patterns},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001767},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2004},
  abstract  = {Gewebezellen sammeln st{\"a}ndig Informationen {\"u}ber die mechanischen Eigenschaften ihrer Umgebung, indem sie aktiv an dieser ziehen. Diese Kr{\"a}fte werden an Zell-Matrix-Kontakten {\"u}bertragen, die als Mechanosensoren fungieren. J{\"u}ngste Experimente mit Zellen auf elastischen Substraten zeigen, dass Zellen sehr empfindlich auf Ver{\"a}nderungen der effektiven Steifigkeit ihrer Umgebung reagieren, die zu einer Reorganisation des Zytoskeletts f{\"u}hren k{\"o}nnen. In dieser Arbeit wird ein theoretisches Model entwickelt, um die Selbstorganisation von Zellen in weichen Materialien vorherzusagen. Obwohl das Zellverhalten durch komplexe regulatorische Vorg{\"a}nge in der Zelle gesteuert wird, scheint die typische Antwort von Zellen auf mechanische Reize eine einfache Pr{\"a}ferenz f{\"u}r große effektive Steifigkeit der Umgebung zu sein, m{\"o}glicherweise weil in einer steiferen Umgebung Kr{\"a}fte an den Kontakten effektiver aufgebaut werden k{\"o}nnen. Der Begriff Steifigkeit umfasst dabei sowohl Effekte, die durch gr{\"o}ßere H{\"a}rte als auch durch elastische Verzerrungsfelder in der Umgebung verursacht werden. Diese Beobachtung kann man als ein Extremalprinzip in der Elastizit{\"a}tstheorie formulieren. Indem man das zellul{\"a}re Kraftmuster spezifiziert, mit dem Zellen mit ihrer Umgebung wechselwirken, und die Umgebung selbst als linear elastisches Material modelliert, kann damit die optimale Orientierung und Position von Zellen vorhergesagt werden. Es werden mehrere praktisch relevante Beispiele f{\"u}r Zellorganisation theoretisch betrachtet: Zellen in externen Spannungsfeldern und Zellen in der N{\"a}he von Grenzfl{\"a}chen f{\"u}r verschiedene Geometrien und Randbedingungen des elastischen Mediums. Daf{\"u}r werden die entsprechenden elastischen Randwertprobleme in Vollraum, Halbraum und Kugel exakt gel{\"o}st. Die Vorhersagen des Models stimmen hervorragend mit experimentellen Befunden f{\"u}r Fibroblastzellen {\"u}berein, sowohl auf elastischen Substraten als auch in physiologischen Hydrogelen. Mechanisch aktive Zellen wie Fibroblasten k{\"o}nnen auch elastisch miteinander wechselwirken. Es werden daher optimale Strukturen als Funktion von Materialeigenschaften und Zelldichte bzw. der Geometrie der Zellpositionen berechnet. Schließlich wird mit Hilfe von Monte Carlo Simulationen der Einfluss stochastischer St{\"o}rungen auf die Strukturbildung untersucht. Das vorliegende Model tr{\"a}gt nicht nur zu einem besseren Verst{\"a}ndnis von vielen physiologischen Situationen bei, sondern k{\"o}nnte in Zukunft auch f{\"u}r biomedizinische Anwendungen benutzt werden, um zum Beispiel Protokolle f{\"u}r k{\"u}nstliche Gewebe im Bezug auf Substratgeometrie, Randbedingungen, Materialeigenschaften oder Zelldichte zu optimieren.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Dunlop2015,
  author    = {Dunlop, John William Chapman},
  title     = {The physics of shape changes in biology},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-96554},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {vii, 202},
  year      = {2015},
  abstract  = {Biological materials, in addition to having remarkable physical properties, can also change shape and volume. These shape and volume changes allow organisms to form new tissue during growth and morphogenesis, as well as to repair and remodel old tissues. In addition shape or volume changes in an existing tissue can lead to useful motion or force generation (actuation) that may even still function in the dead organism, such as in the well known example of the hygroscopic opening or closing behaviour of the pine cone. Both growth and actuation of tissues are mediated, in addition to biochemical factors, by the physical constraints of the surrounding environment and the architecture of the underlying tissue. This habilitation thesis describes biophysical studies carried out over the past years on growth and swelling mediated shape changes in biological systems. These studies use a combination of theoretical and experimental tools to attempt to elucidate the physical mechanisms governing geometry controlled tissue growth and geometry constrained tissue swelling. It is hoped that in addition to helping understand fundamental processes of growth and morphogenesis, ideas stemming from such studies can also be used to design new materials for medicine and robotics.},
  language  = {en}
}