Zellen migrieren in verschiedenen Umgebungen und als Reaktion auf verschiedene Einflüsse. Ein Beispiel von Zellmigration ist die Bewegung von Leukozyten durch komplexe Umgebungen, in denen sie unter anderem kleine Poren in der Extrazellullären Matrix (EZM) durchdringen, indem sie ihre Zellmembran erheblich deformieren müssen. Das Ziel dieses Projekts war es, die Auswirkungen von Poren auf die Geschwindigkeit und Oberflächenverformungen von Zellen zu untersuchen. Dies geschah unter Benutzung eines vere- infachten Modells einer extern angetriebenen Zelle in einem geordneten Polymernetzwerk. Zelle und Netzwerk wurden dabei modelliert als Strukturen aus diskreten Teilchen, welche über bestimmte Interaktionspotentiale in einer thermischen Umgebung miteinander wechselwirken. Eine extern angelegte Kraft wurde benutzt, um die Fortbewegung der deformierbaren Zelle im Netzwerk mithilfe der Simulationsmethode der Brownschen Dynamik zu untersuchen. Ein starres Polymernetzwerk wurde als erstes vereinfachtes Modell von Poren im EZM verwen- det. Die resultierende Geschwindigkeit der angetriebenen Zelle zeigt oszillierendes Verhalten mit Minima vor und Maxima nach Durchdringen der jeweiligen Netzwerk-Pore. Die Geschwindigkeits- Maxima können die Endgeschwindigkeiten der jeweiligen Zelle in der netzwerk-freien Flüssigkeit überschreiten, während der Wert des Geschwindigkeits-Maximums mit der gesamten Interaktion- senergie der Zelle am selben Zeitpunkt zusammenhängt. Dies weist darauf hin, dass während des Deformierens elastische Interaktionsenergie verwendet wird um die Zellgeschwindigkeit lokal zu steigern. Die mittlere Zellgeschwindigkeit durch das Netzwerk zeigt ein nicht-lineares unimodales Verhalten als Funktion der Biegesteifigkeit. Dieser unimodale Verlauf zeigt sich ebenfalls in der maximalen Biegeenergie, was einen kausalen Zusammenhang zwischen diesen beiden Parametern nahelegt. Zuletzt wurden Simulationen mit einem deformierbaren Netzwerk erfolgreich durchgeführt, welche oszillierendes Verhalten von Zell- und Netzwerk-Eigenschaften zeigen. Dies zeigt die gegenseitige Beeinflussung von Zelle und Netzwerk.

Various cell types migrate in different environments and in response to different stimuli. Cell migration may include the navigation and locomotion through complex environments, as in the case of Leukocyte migration where cells have to translocate through small pores in the extracellular matrix (ECM) by squeezing their cell body considerably. The aim of this project was to study the influence of pores in the ECM on the speed and surface deformation of cells, using a simplified model of an externally driven deformable cell moving through ordered polymer networks. The cell and network were modelled as structures of discrete particles interacting via several interaction potentials under the influence of thermal noise. An external force was applied to investigate the propagation of driven deformable cells in networks by means of Brownian dynamics simulations. A rigid polymer network was chosen as a first simplified model for pores in the ECM. The resulting speed of the driven cell showed oscillatory behaviour with minima before and maxima after each network pore. The speed maxima exceeded the terminal velocity of the respective cell in a network-free fluid, with the speed enhancement being correlated to the total cell interaction energy at the speed maximum. This indicates that in the squeezing process elastic interaction energy is utilized to locally enhance the cell speed. Furthermore, the mean cell speed through the network shows a non-linear unimodal dependence on the bending elasticity of the cell surface bending potential. This unimodal behaviour is mirrored by the maximum cell surface bending energy, implying a causal relationship between both properties. Finally, simulations using a deformable network were performed successfully, showing oscillatory behaviour in both cell and network properties which represents the bi-directional mechanical crosstalk of cell and network.