LF4D - Vierdimensionale Lichtfeld Mikroskopie

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Tobias Lasser; Professor Dr. Gil Westmeyer
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424541300

Um bio-medizinische Prozesse in intaktem Gewebe auf der System-Ebene zu verstehen, sind schnelle, dreidimensionale Videoaufnahmen von dynamischen Prozessen mit zellulärer Auflösung notwendig. Lichtfeld Bildgebung, also das simultane Erfassen einer visuellen Szene aus verschiedenen Perspektiven, ermöglicht die Gewinnung von Tiefeninformationen aus einzelnen Aufnahmen ohne zeitaufwendige Scan-Verfahren. Dank den heutzutage ausreichend großen Kamera-Sensoren und den durch Präzisions-Herstellung im Mikrometer-Bereich verfügbaren Arrays von multiplen Linsen, kann Lichtfeld Mikroskopie in sehr kompakten Bildgebungs-Aufbauten ohne bewegliche Teile umgesetzt werden. Allerdings gibt es substantielle Herausforderungen bei der Entwicklung von effizienten und schnellen Rekonstruktionsverfahren, die akkurate und robuste Ergebnisse von realistischen, biologischen Proben liefern.In diesem Forschungsantrag schaffen wir daher Synergien zwischen einem Expertenteam, das auf Bildrekonstruktion fokussiert ist, und einem Labor, das auf molekulare Bildgebung von Zebrafischen und menschlichen Organoiden spezialisiert ist, um 4D Lichtfeld Mikroskopie für die mikroskopische Analyse von dynamischen, molekularen Prozessen mit hohem Durchsatz umzusetzen. Wir werden Lichtfeld-Daten von stufenweise schwierigeren biologischen Modellsystemen rekonstruieren: in vier Schritten von statischen Proben mit konstanten Signalstärken hin zu bewegten Proben mit zeitlich variablen Signalstärken. Um effiziente volumetrische Rekonstruktionen zu erhalten, werden wir die verschiedenen Randbedingungen der vier Szenarien ausnutzen, wie zum Beispiel strukturelle Randbedingungen oder Vorwissen über die untersuchten dynamischen molekularen Prozesse. Die resultierenden, neuen Rekonstruktionsalgorithmen werden es weltweit biologischen Labors ermöglichen, vierdimensionale Lichtfeld Bildgebung einzusetzen, um biologische Fragestellungen zu Genexpression-Screening mit hohem Durchsatz, in-vivo Biomechanik, oder der Synchronizität von neuronalen Aktivitätsmustern zu erforschen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen