Hochgeschwindigkeits-SIM mit Photostimulation für Lebendzellen

• Fachliche Zuordnung: Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545038525

Viele dynamische zelluläre Prozesse, einschließlich der Kommunikation zwischen Nervenzellen, der Genregulation, und der intrazellulären Phasentrennung sind für die herkömmliche Fluoreszenzmikroskopie unsichtbar, da sie schnell (Hunderte von Millisekunden oder schneller) und auf Längenskalen von Zehnten bis Hunderten von Nanometern ablaufen. Es gibt zahlreiche lichtmikroskopische Methoden, um die Detailgenauigkeit von Bildern von Zellen zu erhöhen und Objekte jenseits der Auflösungsgrenze (etwa 250 nm) aufzulösen, was als super-resolution microscopy bezeichnet wird. Diese Methoden haben sich als sehr erfolgreich erwiesen, wenn es darum geht, die feinen Details von Zellstrukturen in fixierten Proben aufzudecken. Dieser Erfolg wird jedoch durch die allgemeine Schwierigkeit eingeschränkt, diese Methoden in lebenden Zellen anzuwenden, da sie entweder langsam sind oder spezielle Puffer und/oder Fluorophore benötigen. Eine weitere praktische Schwierigkeit besteht darin, dass die Auflösung dynamischer Prozesse jenseits der Auflösungsgrenze die Aufnahme von Zeitserien hochaufgelöster Bilder erfordert, was nur mit wenigen kommerziellen oder anderen Mikroskopen möglich ist, bevor irreversible Photobleichung die interessanten Signale auslöscht. Die strukturierte Beleuchtungsmikroskopie (Structured Illumination Microscopy), bei der Moiré- oder andere Schemen verwendet werden, um Informationen unterhalb der Beugungsgrenze zu extrahieren, ist ein attraktiver Ansatz, um hochauflösende Fluoreszenzbilder von lebenden Zellen zu erhalten. Neuere Ansätze nutzen die optische Rekonstruktion in Echtzeit und vermeiden so die langsame, fehleranfällige algorithmische Montage aus mehreren Bildern (und die damit verbundene Photobleichung). Schnelle (~100 Hz) mehrfarbige Zeitserienbilder sind somit für beliebige Fluorophore im gesamten sichtbaren Spektrum möglich, und das bei sehr geringem Bleichen. Einige Designs sind einfach genug, um auf handelsüblichen Mikroskopen montiert zu werden. Sie können daher parallel zur Photomanipulation eingesetzt werden, die für die optogenetische Untersuchung biologischer Systeme mit räumlicher und zeitlicher Präzision unerlässlich ist. Mit diesem Antrag wollen wir diese neueste hochauflösende, strukturierte Beleuchtungstechnologie in Kombination mit Photostimulation an die HU-Berlin bringen. Diese Art von Mikroskop ist in Berlin bisher nicht verfügbar. Durch die Kombination mit Photomanipulation entsteht ein System mit außergewöhnlichen Möglichkeiten zur Untersuchung dynamischer Prozesse in der Zellbiologie. Wie in der beigefügten Beschreibung der Forschungsprojekte dargelegt, wird das beantragte Mikroskopiesystem die Forschungsinfrastruktur an der HU-Berlin entscheidend stärken und damit mehrere transformative Forschungsprojekte ermöglichen, um drängende Fragen der Zelldynamik in den Bereichen Mikrobiologie, Infektion, molekulare Zellbiologie, Genexpression, Neurobiologie und Biophysik jenseits der Auflösungsgrenze zu beantworten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochgeschwindigkeits Super-Resolution Live-Zell Bildgebungssystem mit Photostimulation
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Humboldt-Universität zu Berlin
• Leiter: Professor Dr. Andrew Plested