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Projekt
Konfokales Laser-Scanning-Mikroskop mit Lichtblattmodul für die Analyse neuronaler dreidimensionaler Zellkulturen und Organoide
Fachliche Zuordnung
Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498176770
Die Entwicklung von dreidimensionalen Zellkultursystemen wie Organoiden, die räumlich organisierte, organspezifische Zelltypen aufweisen und sogar Funktionen des Organs nachbilden können, stellt einen bahnbrechenden Fortschritt in der biologischen Forschung dar. Seit einiger Zeit ist auch die Verwendung zerebraler Organoiden als In-Vitro-Modell für das menschliche Gehirn etabliert. Diese sind in der Lage vielfältige spontane, elektrische Aktivitätsmuster zu erzeugen, deren Analyse für viele Fragestellungen der Neurowissenschaften von Interesse ist. Für funktionale Messungen an dreidimensionalen, neuronalen Netzwerken sind bekannte Methoden, wie Mikroelektrodenarrays, allerdings nur eingeschränkt geeignet, da sie in der Regel auf die äußeren Zelllagen begrenzt sind.Seit einigen Jahren werden fluoreszenzoptische, hochauflösende Mikroskopie-Verfahren, wie Multiphotonen- und Lichtblattmikroskopie, für die Untersuchung lebender Organoide vorgeschlagen, da sie - bei vergleichsweise großen Eindringtiefen - Einblicke in das Innere der dreidimensionalen Proben erlauben. Besonders die Lichtblattmikroskopie ermöglicht eine schnelle Bildgebung, da mit der Erzeugung eines Lichtblatts auf einen Punktscanner verzichtet werden kann. Dies macht sie zu einer wertvollen Technik für die Visualisierung schneller funktioneller Prozesse in neuronalen Proben. Vor diesem Hintergrund wird zur methodischen Ergänzung derzeit laufender und geplanten Projekte, die Anschaffung eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops als Basismikroskop mit einem Erweiterungsmodul für die Lichtblattmikroskopie beantragt. Die übergeordnete Fragestellung aller Vorhaben ist dabei die funktionelle und strukturelle Analyse von zerebralen Organoiden, Sphären und Gewebeschnitten. Aus den erhobenen Bilddaten sollen nach weiteren Verarbeitungsschritten, Netzwerkmodelle in Form von Graphenstrukturen erstellt, Merkmale extrahiert und mit Hilfe von Methoden des maschinellen Lernens untersucht werden. Ziel ist es dabei, den Einfluss von neurowirksamen Stoffen, ionisierender Strahlung oder genetischer Faktoren auf die Netzwerkaktivität zu untersuchen. Wir erwarten, dass die neuen Erkenntnisse dazu beitragen werden, zugrundeliegende Mechanismen neuronaler Erkrankungen und neurotoxikologischer Effekte zu entschlüsseln und damit die Grundlage für neue therapeutische Möglichkeiten bilden. Alle Forschungsvorhaben werden durch die Zusammenarbeit von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der THAB und universitären Partnern geprägt. Das Team ist komplementär und interdisziplinär aus den Bereichen Neurobiologie, Stammzellbiologie, Medizin sowie der Datenverarbeitung und Künstlicher Intelligenz aufgestellt. Die strukturelle Einbindung der Maßnahme erfolgt über die Zusammenarbeit mit den Mitgliedern des Forschungsschwerpunkts Intelligente Sensorik und Systemtechnik, dem Studiengang Medical Engineering and Data Science und nicht zuletzt dem Kompetenzzentrum Künstliche Intelligenz.
DFG-Verfahren
Großgeräteinitiative
Großgeräte
Konfokal mit Lichtblatt
Gerätegruppe
5090 Spezialmikroskope
Antragstellende Institution
Technische Hochschule Aschaffenburg
