Multiphotonenmikroskop
Final Report Abstract
Das mit den bewilligten Mitteln erworbene Multiphotonenmikroskop sowie der notwendige Laser haben sich als optimal geeignet für den vorgesehenen Einsatz (Intravitalmikroskopie der Pathogenese von Gehirnerkrankungen, insbesondere der Progression von Hirntumoren) erwiesen. In den ersten Monaten der Inbetriebnahme im 2011 wurde das Gerät für die Intravitalmikroskopie optimiert durch Anfertigung einer schwarzen Box, die das Gerät umgibt und Streulichteinfall verhindert; Installation einer Inhalationsnarkoseeinheit für Mäuse (Isofluran); Konstruktion eines neuen Kopfhalters (Titanring), der die bewegungartefaktfreie Intravitalmikroskopie des Mausgehirns erlaubt; und schließlich bauliche Veränderungen des Aufstellungsraumes zur Garantie von gleichbleibenden Werten für Lufttemperatur und – feuchtigkeit. Die anvisierte Betriebszeit des Gerätes von 70 Stunden pro Woche wurde seit 2011 stetig überschritten, und betrug für das Jahr 2014 durchschnittlich 72, und das Jahr 2015 durchschnittlich 75 Stunden/Woche; 3-4 Wissenschaftler arbeiten zu jedem Zeitpunkt zu >50% ihrer Arbeitszeit mit dem erworbenen Gerät. Das Gerät wurde wie beabsichtigt für verschiedene Fragestellungen in verschiedenen Kooperationsprojekten eingesetzt, wobei sowohl Kooperationen mit anderen Arbeitgruppen innerhalb der Neurologischen Klinik realisiert wurden, als auch mit anderen Abteilungen der Universität Heidelberg, und des DKFZ. Insgesamt 5 publizierte Originalarbeiten und 2 Übersichtsartikel (wobei letztere ebenfalls Originaldaten der Intravitalmikroskopie enthalten) belegen den erfolgreichen Abschluss der folgenden Forschungsprojekte. Untersucht wurden hierbei: a) die Bedeutung der therapeutischen Hemmung der Proteinkinase Cbeta für die Reduzierung der Blut-Hirnschrankenpermeabilität im Tiermodell der Multiplen Sklerose; methodischer Nachweis der IDH1R132H-Antigen-Präsention in Gliomen (Kooperation mit AG von Prof. Platten, Neurologische Klinik und DKFZ); b) der Einfluss der T-Zell-Rekrutierung auf neuronalen Zelltod in der Penumbra nach Ischämie (Kooperation mit AG von Prof. Veltkamp, Neurologische Klinik); c) die Bedeutung von VEGFR2 und NDRG1 für die Progression und Therapieresistenz von Gliomen (Kooperation der Ags von Prof. Wick und Prof. Winkler, Neurologische Klinik und DKFZ). In noch laufenden, bisher unpublizierten Kooperationsprojekten wird zusammen mit Prof. Bendszus, Abt. für Neuroradiologie der Universität Heidelberg qua Korrelation von 9.4 Tsla-MRT-Aufnahmen und Intravitalmikroskopischen Daten die Optimierung von Sequenzen zur Detektion von Tumorwachstum im Gehirn der Maus, und Parametern für Gefäßnormalisierung unter antiangiogener Therapie untersucht; ferner mit Prof. Diem die Sequenz der pathologischen Prozesse bei der Optikusneuritis, wofür eine neue Methodik der Intravitalmikroskopie der Retina etabliert wurde. Das Nutzungskonzept mit ausschließlicher Nutzung des Gerätes durch sehr sorgfältig eingearbeitete Wissenschaftler einer Arbeitsgruppe (Prof. F. Winkler), und Vermeidung von gelegentlichen Nutzern hat sich sehr bewährt und zur Stabilität und Funktionsfähigkeit des Systems über die Jahre beigetragen. Laufende, translational ausgerichtete Projekte der AG Winkler untersuchen unter primärer Verwendung der Multiphotonenmikroskopes a) die optimale Kombination von unterschiedlichen antiangiogenen Substanzen mit Chemo- oder Strahlentherapie in der Gliomtherapie, und b) die Wirkung eines neuen PI3K/mTOR- Inhibitors auf die verschiedenen Stadien der Hirnmetastasierung (Industriekooperationen). Etwa 40% der Geräteauslastung für die Jahre 2013-2015 fielen im Rahmen eines Forschungsprojektes an, in dem mit Hilfe des Intravital-Multiphotonenmikroskopes völlig neuartige zelluläre Mechanismen der Hirntumorprogression und –resistenz entdeckt wurden, welche mit Hilfe der Methodik weiter mechanistisch charakterisiert wurden. Unsere Arbeiten zeigen in Zusammenschau, daß die Intravital-Zweiphotonenmikroskopie in außerordentlicher Weise sowohl als Hypothesengenerierendes als auch –verifizierendes Instrument genutzt werden kann. Dies setzt einen richtigen Einsatz voraus, der nach unseren Erfahrungen üblicherweise eine Konzentrierung auf diese Technologie in einer Arbeitsgruppe (oder einer großen Untergruppe) erfordert.
Publications
- Insights into cell-to-cell and cell-toblood-vessel communications in the brain: in vivo multiphoton microscopy. Cell Tissue Res. 352, 149-159 (2013)
Osswald, M. & Winkler, F.
- Preclinical intravital microscopy of the tumour-stroma interface: invasion, metastasis, and therapy response. Curr. Opin. Cell Biol. 25, 659- 671 (2013)
Alexander, S., Weigelin, B., Winkler, F. & Friedl, P.
- Protein kinase Cbeta as a therapeutic target stabilizing blood-brain barrier disruption in experimental autoimmune encephalomyelitis. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110, 14735-14740 (2013)
Lanz, T. V. et al.
- Antigen dependently activated cluster of differentiation 8-positive T cells cause perforin-mediated neurotoxicity in experimental stroke. J. Neurosci. 34, 16784-16795 (2014)
Mracsko, E. et al.
(See online at https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1867-14.2014) - mTOR target NDRG1 confers MGMT-dependent resistance to alkylating chemotherapy. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111, 409-414 (2014)
Weiler, M. et al.
(See online at https://doi.org/10.1073/pnas.1314469111) - Glioma cell VEGFR-2 confers resistance to chemotherapeutic and antiangiogenic treatments in PTEN-deficient glioblastoma. Oncotarget 2015 Oct 13; 6(31): 31050–31068
Kessler, T., Sahm, F., Blaes, J. et al.
(See online at https://dx.doi.org/10.18632/oncotarget.2910) - Proximity ligation assay evaluates IDH1R132H presentation in gliomas. J. Clin. Invest. 125, 593-606 (2015)
Bunse, L. et al.
(See online at https://doi.org/10.1172/JCI77780)
