Hochdruck-Gefriergerät mit integrierter Licht- und Elektro-Stimulationseinheit

• Fachliche Zuordnung: Medizin
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436509545

Hiermit beantragen wir ein Hochdruck-Gefriergerät für biologische Proben mit einer in die Gefrierkammer integrierten Licht- und Elektro-Stimulationseinheit. Das Gerät ist eine Voraussetzung für die 3D elektronen-tomografische Erforschung der „dynamischen Ultrastruktur“ von Kardiomyozyten. Dies ist notwendig, da Kardiomyozytenfunktion auf einen Zyklus von Kontraktion und Erschlaffung beruht, und das einmal pro Sekunde des menschlichen Lebens. Unser Antrag stützt sich auf solide Erfahrungen in der Entwicklung und Verwendung modernster bildgebender Verfahren zur Erfassung der kardialen Ultrastruktur und Funktion im Allgemeinen, und auf einen Eignungstest des hier beantragten Geräts im Besonderen.Unsere bisherigen Arbeiten waren auf chemisch fixierte Präparate beschränkt, deren limitierte zeitliche Auflösung (Minuten statt Millisekunden) fundierte Aussagen über die funktionelle Relevanz 3D-nanoskopischer Veränderungen in subzellulären Domänen von Kardiomyozyten während mechanischer Verformung im normalen Herzrhythmus nahezu unmöglich macht. Millisekunden-aufgelöste 3D-Rekonstruktionen der kardialen Ultrastruktur während „physiologisch“ imitierter (d.h. durch Aktionspotentiale ausgelöster) Kontraktions-Zyklen werden es ermöglichen, Fragen von grundlegender Relevanz für die Herzforschung zu beantworten, zu Themen wie längenabhängiger Membranintegration von Caveolae, konvektivem T-tubulären Flüssigkeitstransport, räumlich determinierter Regulation der Ca2+-induzierten Ca2+-Freisetzung während Erregungs-Kontraktions-Kopplung. Wir werden somit neuartige Forschungskonzepte umsetzen können (Nano-Mikro-Makro-Integration unter Beachtung von Kontraktionseffekten) und Einblicke in die klinisch relevante kardiovaskuläre Physiologie gewinnen, da das System – dank des eingebauten elektrischen Stimulators – auch mit genetisch nicht-modifiziertem Gewebe, z.B. humanen Proben, verwendet werden kann. Gleichzeitig werden wir eine Pipeline zur Untersuchung der Ultrastruktur kontrahierender Zellen mit einer biologisch-relevanten Zeit-Auflösung erstellen und so eine einzigartige Referenzquelle für 3D nm-akkurate Datensätze von Herzzellen in verschiedenen Spezies, Herzregionen, Kontraktionsstatus und pathophysiologischen Zuständen schaffen. Diese sind u.a. für Computermodellierungen, von der Erregungs-Kontraktions-Kopplung bis hin zu funktionellen Interpretationen molekularer Signalwege im Kontext der Zellkompartimentierung, essentiell.Das Gerät soll am Freiburger Institut für Experimentelle Kardiovaskuläre Medizin installiert werden, in unmittelbarer Nähe zur ,hauseigenen‘ Kardiovaskulären Biobank, und zu Zellisolation und -kultur, Gefriersubstitution, Molekularbiologie und hochmoderner Multiphotonen-/Konfokal-Mikroskopie.Wir glauben, dass wir in Bezug auf ‚Track Record‘, technisches Fachwissen, wissenschaftliche Fähigkeiten, und erhobene Pilotdaten in einer hervorragenden Position sind, die vorgeschlagenen Studien und Technologie-Entwicklungen erfolgreich umzusetzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochdruck-Gefriergerät mit integrierter Licht- und Elektro-Stimulationseinheit
• Gerätegruppe: 3540 Gewebeeinbettungsgeräte, Fixier- und Färbegeräte
• Antragstellende Institution: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
• Leiter: Professor Dr. Peter Kohl