Rädler Group

We are a soft matter physics group studying self-assembly and dynamics of macromolecules and lipid membranes and the spatio-temporal self-organization of living cells (active matter).

Research areas

Lipid Nanoparticles and Gene Delivery

In gene and siRNA based therapy, therapeutic benefits rely on the efficient transfer of foreign nucleic acids into cells. We investigate synthetic complexes capable of readily carrying nucleic acid across the cell membrane. The self-assembly, size and structure of lipid- and polycation-DNA complexes, known respectively as lipoplexes and polyplexes, are studied. We also endeavor to quantify and model transfection at the single cell level using GFP reporter and single cell time-lapse microscopy.

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Cell Migration in Confining Geometries

Collective cell migration is a key element in morphogenesis, cancer formation and wound healing. The multicellular dynamics of epithelial cell layers were studied in experiment and theory over the last years. Yet little is known about cell patches of finite size that should lead over from single cell behavior to collective motion. Here we study the migration and proliferation of small assemblies of epithelial cells.

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Live Cell Imaging on Single Cell Arrays (LISCA)

We are interested in the kinetics of cellular responses, in particular in gene expression after transfection and event cascades in cytotoxicity. Using live cell imaging on single cell arrays (LISCA) time courses from individual cells are monitored and analyzed based on mathematical models. Cellular microarrays help to resolve cellular heterogeneity, a hallmark of complex biological systems dominated by intrinsic fluctuations.

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Multiscale Biofabrication

We fabricate artificially designed micro-environments to culture and probe living cells. Arrays of defined cavities provide standardized geometric boundaries for individual cells or groups of cells. We study single cell gene expression, cell migration and apoptotic events with precise spatio-temporal control. To this end we develop biofabrication techniques, including photo-lithography, hot-embossing, electroplating, soft lithography, 3D printing and microcontact printing, to create two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) pattern, cavities and channels made of biocompatible materials like PDMS, COC, hydrogels and proteins. The 3D microenvironments allow for long-term observation of growth and function of individual living cells, interacting groups of cells and organoids.

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Macromolecular Dynamics and Adsorption

Biopolymers have unique properties with respect to their self-assembly, conformational dynamics, transport and interactions with interfaces. Fluorescently labeled biopolymers and proteins can be studied by Quantitative Fluorescence Microscopy (QFM) and Fluorescence Correlations Spectroscopy (FCS).

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Supported Membranes

Supported membranes are versatile biomimetic interfaces. We study the structure and dynamics of supported membranes on various solid supports in collaboration with the group of Bert Nickel. The control of fluidity, spacing and lateral organisation is a current research challenge.

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Group members

Name Position
Rädler, Joachim  
Böhm, Philip Postdoc
Meixner, Margarete Administration
Leu, Charlott Technical Staff
Schwake, Gerlinde Technical Staff
Rüter-Stimpfle, Margarita Administration
Nickels, Philipp Postdoc
Brieger, Emily PhD Student
Frank, Kilian PhD Student
Kellerer, Thomas PhD Student
Heyn, Johannes PhD Student
Jouneau, Agathe PhD Student
Schäffler, Nathalie PhD Student
Stöberl, Stefan PhD Student
Philipp, Julian PhD Student
Müller, Judith PhD Student
Göcergi, Ziya Master Student
Kirchmair, Bernhard Master Student
Hofer, Dorothea Master Student
Kempe, Simon Master student

Theses collection

  • Cell Migration in Two-State Micropatterns, 2020
  • Mechanical Properties of Cells and Matrix investigated by quantitative Atomic Force
    Microscopy, 2020
  • Quasi-Oscillatory Motion of Single Cells on Micropatterns, 2019
  • Single-cell time courses of mRNA transport and translation kinetics, 2019
  • Single-Cell Analysis of Event-Time Correlations in Signaling Cascades, 2019
  • 1D single-cell migration on microlanes and at interfaces, 2019
  • Cells on grids of nanostructures: from single cell distortion quantification to cell ensemble toxicity assays, 2019
  • Diffraction-Based Detection of Antimicrobial Susceptibility and Mobility of Bacterial Ensembles, 2019
  • Phenotypic Monitoring of Cell Growth and Motility using Image Based Metrics and Lensless Microscopy, 2018
  • Dynamics of Branched Poylmers Studied With MD Simulations and Neutron Scattering, 2018
  • Towards efficient siRNA delivery and gene silencing kinetics on the single-cell level, 2018
  • Photolithographic micro-structuring of artificial 3-dimensional hydrogel environments for cell migration studies, 2018
  • Towards cellular hydrodynamics: Collective migration in artificial microstructures, 2018
  • Single-cell arrays for dynamic analysis of cell processes, 2018
  • Stochastic Processes and Interaction Dynamics in Bacterial Competition, 2018
  • Binding of Proteins to Nanoparticles in Complex Fluids Probed by Fluorescence Correlation Spectroscopy, 2017

  • Cell Density Heterogeneity and their Impact on Growth, Clustering and Drug Response, 2019
  • Conformations of DNA Macromolecules on Freestanding Lipid Membranes Close to the Coil-Globule Transition, 2019
  • Quantification of mRNA Stability Depending on Poly (A) Tail Length, 2019
  • Flächenabhängige dynamische Reaktion auf Antibiotika von auf Agar gewachsenen bakteriellen Mikrokolonien, 2018
  • Surface crosslinking and transfer of pentacene thin films for the fabrication of organic-inorganic 2D/3D heterostructures, 2018
  • Antisense-Oligonukleotid-Lipid Nukleinsäure Nanoteilchen - Zulieferung und Genausschaltung, 2018
  • Strukturelle Charakterisierung von Selbst-Assemblierung inspirierten Myzelien Schicht-Komplexen, 2018
  • Nanostrukturen für multispektrale und polarmetrische biomedizinische Bildgebung, 2018
  • Switchable Chiral Gold Nanord-Dimers on an Origami Structure for Plasmonic Biosensing, 2017
  • Towards DNA-Protein Hybrid based Nanopores on Cellular Membranes, 2017
  • DNA-Based Super-Resolution Imaging of Repetitive Sequences using novel DNA- and CRISPR/Cas9-based probes, 2017
  • Nucleic acid sequencing by rotational analysis, 2016
  • Charakterisierung der strukturellen und elektrischen Eigenschaften von 6 , 13 - Dihydrodiazapentacen -Dünnfilmen, 2016
  • Functionalization of DNA Origami Structures with Singe Chain Variable Fragments, 2016 (abstract)
  • Automated Analysis of Phenotypic Heterogeneity in Extending Microcolonies, 2016
  • Model selection in deterministic models of mRNA transfection, 2015
  • Post-transcriptional Regulation and Heterogeneity in the Expression of the Lysis Gene in the Colicin E2 System
  • Origin of the exponential decay of viability during carbon starvation of E.coli
  • Metabolische Regulation durch einen limitierenden Fluss im bakteriellen Phosphotransferase-System (PTS), 2015 (abstract)
  • Characterization of a compact and lensless high throughput all imaging device using cell proliferation and cell migration
  • Occupancy and Stochastic Transitions of Cells on Multi-Well Micropatterns, 2015 (abstract)
  • Aufbau eines „Fluorescence Recovery After Photobleaching“-Setups zur Messung von
    Diffusionskonstanten in Lipid-Doppelschichten, 2015

  • Characterizing Cell Motility and Transmigration on Ring Shaped Micro Patterns, 2014 (abstract)
  • Flow Profile and Associated Alteration of Short-Scale Noise in Channel-Guided Cell Migration, 2013 (abstract)
  • Microfluidic Shear Flow Devices for Stretching of the von Willebrand Factor, 2013 (abstract)
  • Cell-to-cell variability of gene expression in inducible regulatory networks, 2012
  • Spontaneous Symmetry Breaking and Collective Cell Migration on Microstructured Surfaces, 2011 (abstract)

  • Automatisierte Zelltodanalyse am Beispiel der Fas-induzierten Apoptose, 2020
  • Stereolithographie für 2D und 3D Zellkulturen, 2020
  • Lamellipodien-Dynamik auf Hantelflächen, 2019
  • Erstellung eines Rheologie Experiments für Masterstudierende, 2019
  • Untersuchung von Myosin-VI abhängiger Zellmigration auf Zwei-Zustandsmikrostrukturen, 2019
  • Substratabhängigkeit von Zellmigration auf alternierenden proteinbeschichteten Streifen, 2019
  • Einzelzell Kontur Segmentierung mittels des Machine-Learning Algorithmus U-N2, 2019
  • Konturbasiertes Auslesen von Fluoreszenzverläufen aus Einzelzellaufnahmen, 2019
  • Vermessung und Charakterisierung der Fläche migrierender Zellen auf Hantel-Geometrien, 2018
  • Quantifizierung der mRNA Transfektion unter Verwendung von Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH), 2018
  • Untersuchung des Effekts von DNA Länge auf Hybridisierungsstärker mit Elektrophorese, Thermophorese und Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie, 2018
  • Quantifizierung der Kalibrierungsgüte eines Cellular Potts Modells mittels streifenförmiger Mikrostrukturen, 2018
  • Einfluss von Antibiotika auf die Erosionsstabilität von B. subtilis NCIB 3610, 2018
  • Ereigniszeit-Korrelation zur quantitativen Beschreibung von Signaltransduktion in biologischen Netzwerken am Beispiel der Apoptose, 2018
  • Analyse von Zellmigration auf ringförmigen Mikrostrukturen mit unterschiedlichen Fibronektinkonzentrationen, 2018
  • Untersuchung von DNA-Origami Hybridisierungskinetik mittels Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie, 2018
  • Zusammenhang zwischen Selktionsdruck und Plasmiderhalt, 2018
  • Kollektive Zellmigration durch Engstellen künstlicher Mikrostrukturen, 2017
  • Abbauverhalten von Bacillus subtilis NCIB 3610 Biofilmen unter Einfluss von Scherkräften, 2017
  • Bestimmung von Anschaltzeiten von Fluoreszenzspuren durch Fitten und Cluster-Algorithmen, 2017
  • Kooperation in bakteriellen Biofilmen, 2017
  • Optimales Design von Zwischenzuständen, 2017
  • Beugunsbasierte Echtzeitdetektion von bakteriellem Wachstum und Realraum-Korrelation unter physiologischen Bedingungen, 2017
  • Signalverarbeitung im Sehsystem bei hochfrequenten Flickerreizen, 2016
  • Quantifizierung der pulsabhängigen Antwort des Colicin E2 Operons in E.Coli, 2016
  • Berechnung von Dichte-Korrelationen in Epithelzellschichten, 2016
  • Untersuchung der Mikrostruktur von 3D-gedruckten Bauteilen aus kolloidalem PMMA mittels konfokaler Mikroskopie, 2016
  • Noiseanalysis of Fluorescence Single Cell Trajectories on Micropattern, 2016 (abstract)
  • mRNA-Labeling for Determination of the Enzymatic Activity of RNases by Fluorescence Correlation
    Spectroscopy, 2016 (abstract)
  • Interferometrische Echtzeit-Detektion sphärischer Mikropartikel, 2016
  • Entwicklung einer quantitativen Plattform zur Fluoreszenzanalyse von Einzelzellen, 2016
  • Auswertung der Kontaktlinie von Zellgruppen für den Vergleich mit dem Vertexmodell, 2016
  • PolyHisTags binding isotherms to Metal-Organic-Framework Nanoparticles, 2015 (abstract)
  • Computations of Density Correlations in Epithelial Cell Sheets, 2015 (abstract)
  • Zellabbildung mittels digitaler In-line Holografie, 2015
  • Bindungsisothermen von Polythis Tags an Metal-Organic-Framework Nanopartikel, 2015
  • Elastomechanische Fixierung von Bakterien und diffusionslimitierte Induktion in mikrofluidischen Systemen, 2015
  • Zeitaufgelöste Messung mehrerer Apoptosemarker auf Einzelzell-Feldern und deren Korrelationen, 2015
  • Herstellung von Proteingradienten auf mikrostrukturierten Oberflächen, 2015
  • Automated determination and analysis of morphological parameters in confined cell migration on micropatterns, 2015
  • Automatische Laser basierte Adhäsionsmessung in Einzel-Zell-Mikrovertiefungen, 2015
  • Untersuchung von luminalen Dichten in Mikrotubuli mit Kryoelektronentomographie und einer Volta-Potential Phasenplatte, 2015
  • Interferometrisches Detektionsverfahren zur Bestimmung von Bakterien-Wachstum und Bewegung, 2015
  • Genom, Genealogie und Genomanalyse von Bacillus subtilis B1, 2014
  • Einzelzellmessung der genregulatorischen Antwortfunktion auf ein zweikomponentiges
    Zuckersystem, 2014
  • Einzelzellanalyse einer colicinogenen Interaktion in E.coli, 2013
  • Digitale Erfassung der Dynamik von adulten Stammzellen in microwell Arrays, 2013
  • Optimierung mikrofluidischer Zellkultursysteme durch Multilayer Soft Lithography, 2012
  • Etablierung eines Verfahrens zur Mikrostrukturierung mittels UV-Licht, 2012
  • Tracking cells in confined environments, 2012
  • Automatisierte Einzelzellanalyse auf strukturierten Oberflächen, 2012
  • Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit auf bakterielles Wachstum: eine qualitative Analyse auf Einzelebene, 2012
  • Abhängigkeit der Partikelaufnahme und des intrazellulären Transports von Membranproteinen bakterieller Magnetosome, 2012
  • Neuronale Darstellung von Raum: Beziehung von ein- und zweidimensionalen Umgebungen, 2012
  • Zweidimensionale hochauflösende Röntgen-Bildgebung mit GaN Halbleiterdetektoren, 2012
  • Verfolgung von Zellen in begrenzten Umgebungen, 2012
  • Switchable Accumulation of Macromolecules bound to Supported Lipid Bilayers, 2011 (abstract)
  • Development and Comparison of Parallelization Assays for Microliter Scale Cell-Free
    Gene Expression, 2010 (abstract)
  • Wachstum von Epithelzellen in begrenzenden Geometrien, 2010
  • Verhalten von Epithelzellen bei Migration aus geometrisch definierten Ausgangszuständen, 2010