Rasterkraftmikroskop

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492390964

Die detaillierte Untersuchung der mechanischen Eigenschaften, welche die Funktion biologischer Zellen und Gewebe maßgeblich beeinflussen, hat unser Verständnis der komplexen Regulation von Zellen erheblich verbessert. Dabei hat sich herausgestellt, dass Zellmechanik sowohl für die Funktion gesunder Zellen als auch für verschiedene pathologische Situationen relevant ist. Um ein vollständiges Bild der Zell- und Gewebemechanik zu erhalten, konzentriert sich unser Team auf eine detaillierte Quantifizierung der viskoelastischen Eigenschaften und der Krafterzeugung innerhalb von Zellen sowie an der Grenzfläche zwischen Zelle. Aufgrund meines kürzlichen Umzugs von Münster nach Göttingen benötige ein Rasterkraftmikroskop (AFM), um solche Projekte im neuen Institut zu etablieren. Da moderne biophysikalische Fragen detaillierte Kenntnisse über die untersuchten biologischen Systeme erfordern, müssen wir zeitgleich sowohl die Zellmechanik erfassen als auch strukturelle und dynamische Informationen mittels Fluoreszenzmikroskopie aufzunehmen. Da wir an 3-dimensionalen biologischen Systemen interessiert sind, werden wir das AFM mit einem, bereits im Institut vorhandenes Spinning-Disk Mikroskop verbinden. Obwohl die Vibration der sich drehenden Scheibe des Spinning Disk Mikroskops die räumliche Auflösung des AFM verringern kann, sind die Beeinträchtigungen so klein, dass unserer Experimente im wesentlichen nicht gestört werden. Die einzigartige Kombination aus 3D-Spinning-Disk-Mikroskopie und AFM-Messungen ermöglicht es uns, die Wechselwirkungen zwischen intrazellulären und kortikalen mechanischen Eigenschaften in einzelnen Zellen, aber auch in rekonstituiertem Gewebe und Organoiden direkt zu beschreiben. Neben Interphasenzellen werden wir auch mitotische Zellen und Eizellen in der Meiose untersuchen. Außerdem werden wir die viskoelastischen Eigenschaften von Geweben wie Krebssphäroiden oder kleinen Organoiden (z.B. epitheliale Acini) untersuchen. Neben den viskoelastischen Eigenschaften der Zellen, sind gerade auf Gewebeebene auch die Zell-Zell-Adhäsionskräfte relevant. Eine weitere wissenschaftliche Fragestellung beschäftigt sich mit der mechanische Homöostase von Muskelgewebe. In vorläufigen Experimenten können wir zeigen dass es signifikante Unterschiede in der mechanischen Vorspannung und Krafterzeugung von rekonstituiertem Muskelgewebe gibt, welches zum einen aus gesunden Probanden und zum anderen aus Patienten gewonnen wurde die an einer Mutation im Dystrophin-Proteins leiden, was zu einer schweren Form der Muskelschwäche führt. Außerdem wird das neue Mikroskop in lokaler Zusammenarbeit eingesetzt, um den mechanischen Effekt in Zell-Zell-Übergängen (Andreas Janshoff) und den Einfluss von Zwischenfilamenten auf die kortikale Steifheit (Sarah Köster) zu untersuchen. In einer weiteren Richtung zielen wir darauf ab, Strukturen abzubilden, die durch DNA-Origami (Jörg Enderlein) gebildet werden. Die detaillierte Untersuchung der mechanischen Eigenschaften, welc

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Rasterkraftmikroskop
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Antragstellende Institution: Georg-August-Universität Göttingen
• Leiter: Professor Dr. Timo Betz