Advanced fluorescence microscopy investigations of lipid-membrane nanoparticle interactions (C05#)

• Subject Area: Physical Chemistry of Molecules, Liquids and Interfaces, Biophysical Chemistry
• Term: from 2019 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 316213987

Das Ziel des SFB 1278 ist die Entwicklung von maßgeschneiderten Nanopartikeln (NP) zur Behandlung von Infektionsgetriebenen Entzündungszuständen in Organismen und Zellgeweben. Im Speziellen soll der Zusammenhang zwischen Aufbau und Eigenschaften der NPs verstanden werden, mit deren Hilfe die der antizipierten Funktion zutreffendsten NPs konzipiert werden. Dieses Verständnis benötigt unter anderem die Optimierung der zur zellulären Aufnahme der NPs notwendigen Prozesse, welche mit Interaktionen an der Plasmamembran starten. Dies wirft die Frage nach Möglichkeiten auf, die NPs so zu gestalten, dass die Interaktion mit der Lipidmembran die gewollte Zellaufnahme (oder -Abstoßung) fördert. Deshalb müssen die molekularen Mechanismen, die die zur NP-Aufnahme (oder -Abstoßung) notwendigen Kräfte an der Membran entwickeln, verstanden werden (Abbildung C05-1). Wir haben optimierte fluoreszenzbasierte (superaufgelöste) Mikrokopie- und Spektroskopieverfahren entwickelt, um ähnliche membranbasierte Mechanismen genauestens zu untersuchen, wie auf der superauflösenden STED (STimulated Emissione Depletion) Mikroskopie basierende konventionelle oder spektral-aufgelöste Bildgebung und Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie ((STED-)FCS). Um die Aktivitäten des SFB1278 zu unterstützen, planen wir unser breites Angebot an fortgeschrittenen Mikroskopiemethoden weiter zu optimieren und für detaillierte Untersuchungen von molekularen Reorganisationen an der zellulären Plasmamembran während der Annäherung der NPs einzusetzen. Vor allem werden wir Veränderungen in der Membranfluidität und der Anordnung des Aktinkortex als auch direkte Lipidinteraktionen an den NP-Membran Kontaktstellen untersuchen, vor allem ob diese Veränderungen oder Interaktionen zur Membraneinhüllung und Internalisierung der NPs führen. Basierend auf der NP Bibliotheken aus Projekten des SFB 1278 werden wir systematisch in Größe, Oberflächenladung, Farbstoffmarkierung und Material variierte NPs untersuchen und die Membraninteraktionen und Zellaufnahmeeffizienzen der verschiedenen NPs vergleichen. Dafür werden wir verschiedene für den SFB 1278 relevante Zelllinien verwenden. Auf der einen Seite erwarten wir molekulare Mechanismen aufzudecken, die helfen werden, NPs zu gestalten, deren Zellaufnahme (oder –Abstoßung) effizient durch die Lipidmembran und/oder dem Aktinkortex unterstützt wird. Auf der anderen Seite werden unsere Experimente den Weg für zukünftige Untersuchungen von spezifischeren NP Zellaufnahmeprozessen, wie solche basierend auf Rezeptoren, oder in vivo Experimenten vorbereiten.

• DFG Programme: Collaborative Research Centres
• Subproject of: SFB 1278: Polymer-based nanoparticle libraries for targeted anti-inflammatory strategies
• Applicant Institution: Friedrich-Schiller-Universität Jena
• Project Head: Professor Dr. Christian Eggeling