Entwicklung eines kombinierten Stimulierte-Emissions-Verarmungs- und Raster-Ionenleitfähigkeitsmikroskops für korrelierte, hochauflösende multi-parameter Lebendzellaufnahmen der Spitzen von Oligodendrozyten-Vorläuferzell-Ausläufern

• Antragstellerin: Professorin Dr. Irmgard Dietzel-Meyer, seit 7/2021
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411517989

Oligodendrozyten sind Zellen, die durch die Bildung einer isolierenden Myelinschicht die schnelle Reizweiterleitung im Hirn sicherstellen. Sie entwickeln sich aus ihren Vorläuferzellen, den Oligodendrozyten-Vorläuferzellen (OVZs), die sowohl im sich entwickelnden als auch im adulten Gehirn vorkommen.Um eine einwandfreie Hirnfunktion zu entwickeln und zu erhalten, müssen OVZs zu unmyelinisierten Axonen oder Axonen mit zerstörtem Myelin migrieren, um neues Myelin zu bilden oder zerstörtes Myelin zu ersetzen. Axone mit geschädigtem Myelin treten bei Patienten auf, die unter Multipler Sklerose leiden, so dass das Verständnis des Mechanismus der Migration von OVZs von hoher Relevanz ist.OVZs bilden an gegenüberliegenden Seiten des Zellkörpers zwei Ausläufer aus, entlang derer der Zellkörper migriert. Um den Mechanismus der Migration von OVZs zu verstehen ist es daher essentiell, den Mechanismus des Auswachsens der Ausläufer zu verstehen. Allerdings wurde das Zusammenspiel von Zellmembran-Ausbreitung und dem Zell-Skelett an den Spitzen von OVZ-Ausläufern bisher nicht detailliert untersucht. Der Hauptgrund dafür ist die Größe dieser Spitzen. Sie sind zu klein, um mit konventioneller Fluoreszenzmikroskopie in ausreichendem Detail untersucht zu werden. Darüber hinaus ist es notwendig, zusätzlich und gleichzeitig zur Dynamik des Zytoskeletts die Dynamik der Zellmembran zu untersuchen, ohne diese zu beinflussen. Dies erfordert die Untersuchung lebender Zellen, was aufgrund der Probenvorbereitung und der Messbedingungen nicht mit Hilfe von Elektronenmikroskopie durchgeführt werden kann. In den letzten Jahren wurden hochauflösende Fluoreszenzmikroskopietechniken wie die "Stimulated Emission Depletion (STED)"-Mikroskopie entwickelt, die eine erhöhte Auflösung bieten und die es daher erlauben sollten, fluoreszenzmarkierte Moleküle in den Spitzen auch lebender OVZs mit hinreichender Detailschärfe zu untersuchen. Darüberhinaus hat sich die Raster-Ionenleitfähigkeitsmikroskopie (SICM) als Methode etabliert, um die Membranen lebender Zellen bei minimaler Beeinflussung mit einer Auflösung im Bereich der Auflösung der STED-Mikroskopie zu verfolgen.Zeil dieses Pojekts ist die Entwicklung und anschließende Evaluierung eines kombinierten STED/SICMs. Das Gerät wird es erlauben, gleichzeitig Zellmembran-Dynamiken und Dynamiken identifizierter Zytoskelettproteine bei hoher Auflösung in lebenden zellen zu untersuchen. In diesem Projekt werden wir zuerst das Geräut bauen und charakterisieren. Im Anschluss werden wir als Machbarkeitsnachweis erste Aufnahmen an fixierten und lebenden Zellen aufnehmen. In einem zukünftigen Folgeprojekt werden wir das Gerät einsetzen, um die molekularen Organisationsvorgänge in den Spitzen lebender OVZs aufzuklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Patrick Happel, von 7/2021 bis 7/2021 (†)