Invertiertes konfokales Mikroskop für Lebendzellbildgebung

• Fachliche Zuordnung: Mikrobiologie, Virologie und Immunologie
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439819241

Das Verständnis von Infektionskrankheiten auf zellulärer Ebene eröffnet mechanistische Erkenntnisse, die zur Behandlung und Vorbeugung von Krankheiten führen kann. Dafür haben unsere Gruppen neue zellbiologische Marker entwickelt, mit denen bisher unbekannte Mechanismen im Lebenszyklus von Viren und Parasiten sichtbar gemacht werden. Die Dynamik dieser Infektionsmechanismen können nur vollständig verstanden werden, wenn sie mithilfe von live cell imaging untersucht werden. Die Zeitskalen können jedoch drastisch variieren: von Sekunden und Minuten für den Transport von viralen Partikeln und die Motilität von Parasiten bis zu Stunden und Tagen für die Entwicklung von Parasiten, die Ausbreitung von Viren im Gewebe oder zelluläre Stressreaktionen. Gleichzeitig können sich diese Ereignisse in solch kleinem Maßstab entfalten, der unterhalb Auflösung klassischer Fluoreszenzmikroskope hinausgeht. Wir wollen nun kritische Wissenslücken über langfristige virale und parasitäre Infektionsmechanismen schließen. Dies stellt uns vor die Herausforderung, infizierte Zellen über einen langen Zeitraum mit hoher Auflösung abzubilden und gleichzeitig die zytotoxischen Wirkungen von Licht zu mildern. Dazu benötigen wir ein neues konfokales Bildgebungssystem welches diese wichtige Lücke in unseren Bildgebungstechnologien schließt.Die vorgeschlagenen Projekte erfordern eine kontinuierliche Bildgebung von lebenden Zellen oft über 24 Stunden. Gegenwärtig sind diese Zeitrahmen auf unseren Mikroskopen aufgrund umfangreicher Nutzung nicht ohne weiteres verfügbar. Ferner wachsen Malariaparasiten und virale Wirtszellen, die im Rahmen der vorgeschlagenen Projekte untersucht werden, auf natürliche Weise unter niedrigem Sauerstoffdruck. Um Bildgebungsbedingungen mit mehr physiologischer Relevanz zu erzeugen, benötigen wir hypoxische Inkubationsbedingungen, um z.B. den Verlust der Polarität bei Hepatozyten oder den Tod von Parasiten zu verhindern.Ein wesentlicher Aspekt der Langzeitbildgebung ist die Verringerung der Phototoxizität bei gleichzeitiger Erzielung einer Auflösung, die unter der Beugungsgrenze liegt. Insbesondere wurde gezeigt, dass Malariaparasiten sehr anfällig für Fluoreszenzbeleuchtung sind. Daher müssen hier hochempfindliche Detektoren verwendet werden. Dies muss jedoch mit einer höheren räumlichen Auflösung in Einklang gebracht werden, um deutlich mehr Details in drei Dimensionen zu erhalten. Insbesondere für die kleinen Malariaparasiten würde eine solche Technologie es uns ermöglichen, Ereignisse wie die Bildung von polaren Ringen, die Chromosomensegregation, die Duplikation von Zentrosomen und mehr zu erfassen. All dies muss unter Beibehaltung einer Bildgebungsgeschwindigkeit erreicht werden, die signifikante quantitative zellbiologische Analysen ermöglicht.Daher möchten wir eine vielseitige und nachhaltige Bildgebungslösung implementieren, die unser Verständnis der Infektionsbiologie dieser global relevanten Krankheitserreger auf die nächste Ebene hebt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Invertiertes konfokales Mikroskop für Lebendzellbildgebung
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
• Leiter: Dr. Julien Guizetti