Aufrechtes Zwei-Photonen-Mikroskop für intravitale Fluoreszenzmikroskopie und Photostimulation

• Fachliche Zuordnung: Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537547683

Die Zwei-Photonen-Mikroskopie hat sich als eine Standardmethode zur Untersuchung einer Vielzahl von Prozessen in den Lebenswissenschaften etabliert. Aufgrund der hohen Eindringtiefe in biologisches Gewebe und der relativ einfachen Funktionsweise eignet sich diese Methode besonders für die Live-Bildgebung im zentralen Nervensystem. In den letzten Jahren wird die Zwei-Photonen-Mikroskopie aber auch zunehmend in anderen Bereichen der biologischen Forschung eingesetzt. Zu den Anwendungen der Zwei-Photonen-Mikroskopie gehören die Bildgebung von schnellen, subzellulären Prozessen wie der Kalziumdynamik in neuronalen Prozessen oder der synaptischen Übertragung, die Kalziumbildgebung in großen Zellpopulationen oder die chronische Darstellung von Zellmorphologie und -motilität. Mit der kontinuierlichen Verbesserung und Entwicklung von genetisch kodierten Fluoreszenzindikatoren für eine Vielzahl von Signalmolekülen und Metaboliten gewinnt die Zwei-Photonen-Mikroskopie weiter an Bedeutung für die Untersuchung biologischer Prozesse. Neben der Bildgebung kann die Zwei-Photonen-Anregung auch zur Stimulation lichtempfindlicher Proteine genutzt werden. Auch hier hat die Technologie einen Reifegrad erreicht, der es erlaubt, die Funktion von zellulären Prozessen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen zuverlässig zu manipulieren. Angesichts der Bedeutung dieser Technologie in der biomedizinischen Forschung wollen wir ein aufrechtes Zwei-Photonen-Mikroskop in der Life Imaging Facility Mannheim einrichten und es der Forschungsgemeinschaft an der Medizinischen Fakultät zur Verfügung stellen. Zu den geplanten Anwendungen gehören die Langzeitbeobachtung von Immunreaktionen auf Hirntumore, die Interaktion von Hirntumorzellen mit Neuronen, die neuronale Dynamik unter pathologischen Bedingungen (z.B. Neuroinflammation), die optogenetische Untersuchung nozizeptiver und somatosensorischer peripherer Neuronen, die kardiovaskuläre (Patho-)Physiologie und die rein optische Untersuchung zellulärer Netzwerke durch holographische optogenetische Manipulation und funktionelles optisches Auslesen von zellulären und subzellulären Strukturen im Gehirn und in Gehirnschnitten. Das von uns beantragte System hat folgende Eigenschaften und Fähigkeiten: 1) Aufrechtes Mikroskop, kompatibel mit intravitaler Bildgebung bei kleinen Tieren (hauptsächlich Nager) 2) Eine flexible Stage für Gewebeproben wie Organoide oder Hirnschnitte, 3) ein vielseitiges Scanningsystem mit großem Gesichtsfeld, das ein schnelles Scannen großer Bereiche sowie eine präzise Konfiguration des Scanpfads ermöglicht, 3) ein schnelles 3D-Fokussystem für die schnelle volumetrische Bildgebung in dickem Gewebe, 4) zwei Femtosekunden-gepulste Infrarot-Laserlinien für simultane zweifarb-Bildgebung, 5) Fähigkeit zur holografischen Zwei-Photonen-Stimulation in 3D mit einem entsprechend leistungsstarken gepulsten Infrarotlaser.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Aufrechtes Zwei-Photonen-Mikroskop für intravitale Fluoreszenzmikroskopie und Photostimulation
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
• Leiter: Professor Dr. Jörn Simon Wiegert