2-Photonmikroskop (in vivo)

• Fachliche Zuordnung: Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502050812

Die Visualisierung neuronaler Aktivität im Gehirn des lebenden Tieres ist elementar für unser Verständnis wie neuronale Netzwerke das Verhalten steuern. Am Institut für Biologie der Freien Universität Berlin (Abteilungen für Neurobiologie und Neurogenetik), planen wir die Anschaffung eines 2-Photonmikroskops, welches optimiert ist für die funktionelle Charakterisierung neuronaler Zelltypen und ihrer synaptischer Verknüpfungen im Gehirn lebender Taufliegen. Die beteiligten Arbeitsgruppen bedienen sich bereits ähnlicher molekulargenetischer Methoden für Markierung und Manipulation spezifischer Zellen involviert in verschiedenen Prozessen, vom Sehen, Navigation, Lokomotion, bis zur Alterung, Lernen und Gedächtnis. Unser gemeinsames Ziel ist es, zu verstehen, wie verschiedene Zelltypen auf klar definierte Stimuli reagieren (z.B. bestimmte visuelle oder olfaktorische Reize), und wie diese Signale dann über synaptische Verbindungen zum Zentralgehirn verarbeitet werden. Neuronale Aktivität wird mit Hilfe existierender, genetisch kodierter Indikatoren sichtbar gemacht werden, in Wildtyp Gehirnen, sowie nach verschiedenen, vorhersagbaren Manipulationen der Entwicklung und/oder Funktion der Nervenzellen, genetischer oder anderer Art. Wichtigerweise teilen alle Arbeitsgruppen einen gemeinsamen Fokus auf die Frage wie Variabilität in neuronalen Eigenschaften zu robusten Verhaltensantworten führen.Für die geplante Anwendung muss das anzuschaffende 2-Photonemikroskop ausreichend Arbeitsraum unter dem Objektiv bieten. Nicht in Frage kommen jene ‘geschlossenen’ Systeme zur lasergestützten Mikroskopie, in welchen motorisierter Objekttisch und Kondenserblock den Grossteil dieses Raumes versperren. Ein Fenster wird in die Kopfkapsel der lebenden Fliege geschnitten (mit Hilfe eines Stereomikroskops als ‚Präparierstation‘ neben dem 2-Photonenmikroskop). Fliegen werden dann unter dem Objektiv des 2-Photonenmikroskops platziert damit das Tier verschiedene Stimuli wahrnehmen kann. Hierbei muss die Fliege frei mit den Flügeln schlagen und eine Flughaltung einnehmen können, oder auf einem luftgepolsterten Ball laufen können. Das anzuschaffende System muss also ausreichend Platz hierfür bieten. Ebenso benötigen zahlreiche der geplanten Experimente visuelle Stimulation, entweder durch stationäre LEDs (Simulation von polarisiertem Himmelslicht), oder rotierenden LEDs (Simulation von Himmelskörpern), oder einer LED-Matrix (Simulation verschiedener Objekte), oder mehrere in Kombination. Diese Apparaturen sind ebenfalls ziemlich raumgreifend und benötigen ausreichend Platz unter dem Objektiv. Das gesamte Arbeitsfeld muss optisch versiegelt (wegen UV Licht) und gegen Vibrationen geschützt sein. Wir planen die Benutzung zweier GaAsP Detektoren für optimale Leistung. Ein verstellbarer Laser (680 nm – 1080 nm) wird für die Kombination von Aktivitätsmessungen (z.B. GCaMP) und die Aktivierung von Neuronen mit Hilfe von rot-sensitivem Channelrhodopsin (CsChrimson) benutzt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: 2-Photonmikroskop (in vivo)
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Freie Universität Berlin
• Leiter: Professor Dr. Mathias Wernet