Konfokales Laser Scanning Mikroskop

• Fachliche Zuordnung: Medizin
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540575830

Die Antragsteller widmen sich der Erforschung der zellulären Pathomechanismen und genetischen Grundlagen der kontraktilen, elektrophysiologischen und metabolischen Dysregulation bei Herzinsuffizienz und anderen erworbenen und hereditären Herzerkrankungen. Von zentraler Bedeutung ist hierbei die Untersuchung des zellulären Calcium (Ca)-Stoffwechsels, dessen präzise Regulation entscheidend für einen regelrechten Ablauf der elektromechanischen Kopplung und der damit verknüpften Anpassung des mitochondrialen Metabolismus ist. Diesbezüglich verfügen die Antragsteller über eine langjährige Erfahrung in der Isolation vitaler Kardiomyozyten, die einem breiten Portfolio von mikroskopischen Messmethoden zugeführt werden können. Diese umfassen bisher ausschließlich Epifluoreszenz-Mikroskope, an denen mithilfe von Photomultipliern die Gesamtzell-Fluoreszenz verschiedener Farbstoffe analysiert werden kann, gekoppelt mit elektrischer Feldstimulation, Patch-Clamp-Technologie und/oder Einzelzell-Kraft-Messung. Ein zentraler Defekt bei Herzinsuffizienz ist, dass die Ca Speicher der Herzmuskelzellen, das sarkoplasmatische Retikulum (SR), eine verringerte Ca Beladung aufweisen, was (neben verringerter SR Ca ATPase Aktivität) u.a. durch ein „Leck“ für Ca an seinen Ca-Freisetzungskanälen, den Ryanodin Rezeptoren 2 (RyR2), erklärt wird. Ein solches Ca Leck der RyR2 ermöglicht spontane Ca Freisetzung aus dem SR (sog. Ca sparks), die als wichtige Trigger für Arrhythmien gelten. Die fluoreszenzmikroskopische Erfassung von Ca-Sparks während der „Ruhephase“ der Zelle (der sog. Diastole) mittels Ca-sensitiver Fluoreszenzfarbstoffe ist somit eine Schlüssel-Methode zur Bestimmung der Öffnungswahrscheinlichkeit der RyR2 und des damit verbundenen proarrhythmischen Potentials in Herzmuskelzellen und erfordert eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung sowie auf Grund der geringen räumlichen Ausdehnung der Ca-Sparks innerhalb des Zytosols die isolierte Betrachtung einer eng umschriebenen Fokusebene. Diese Anforderungen lassen sich mit herkömmlichen Epifluoreszenzmikroskopen nicht abbilden, sondern erfordern den Einsatz eines konfokalen Laser Scanning Mikroskops (CLSM). Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld der CLSM liegt in der (immun-)histologischen Untersuchung von Myokardproben, isolierten adulten Kardiomyozyten sowie aus induzierten, pluripotenten Stammzellen gewonnenen Kardiomyozyten (iPSC-CM) mittels fluoreszenzmarkierter Antikörper. Dies erlaubt die präzise Bestimmung der Expression, subzellulären Lokalisation und Interaktion von Schüsselproteinen des Ca-Stoffwechsels und des kardiomyozytären Metabolismus. Die unter Anwendung der CLSM geplanten grundlagenwissenschaftlichen Projekte haben das Ziel, neue potentielle Therapiemechanismen zur Verbesserung der myokardialen Kontraktilität und Behandlung kardialer Arrhythmien aufzuzeigen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Konfokales Laser Scanning Mikroskop
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Julius-Maximilians-Universität Würzburg
• Leiter: Professor Dr. Christoph Maack