3D-STED Mikroskop

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449737235

Hochauflösende stochastische und deterministische Verfahren der Fluoreszenz-Mikroskopie ermöglichen in Nanometer kleine Dimensionen vorzudringen. Gerade die Lokalisationsmikroskopie hat sich in den letzten Jahren zu einer Standartmethode in der Zellbiologie entwickelt und eröffnet neue Einblicke in die Struktur und Dynamik molekularer Signalkomplexe. Der Gewinn in der räumlichen Lokalisationsgenauigkeit ist im Vergleich zur mittlerweile klassischen konfokalen Mikroskopie ca. zehnfach und kommt der Auflösung von Elektronenmikroskopen sehr nahe. Wesentlicher Vorteil der Lokalisationsmikroskopie ist die einfachere Probenvorbereitung und die Möglichkeit diese Lokalisationsgenauigkeit auch in lebenden Zellen zu erreichen. Stochastische Methoden wie Photoactivation localisation microscopy (PALM) oder Stochastic optical reconstruction microscopy (STORM) beruhen auf der Detektion einzelner Fluorophore und erfordern eine hohe Bildzahl, um die Gesamtheit der markierten Moleküle darzustellen. Dadurch können Fehler in der Lokalisation auftreten, welche bei der Interpretation der Daten zu beachten sind. Die deterministische Methode der Stimulated Emission Depletion Microscopy (STED) hat den Vorteil, ein definiertes Beleuchtungsmuster zu nutzen. Dadurch können Lokalisationen von Molekülen zueinander schnell und definiert dargestellt werden. Durch die Optimierung von Detektoren und Belichtungsalgorithmen ist es möglich, diese Vorteile der STED-Mikroskopie auch in lebenden Zellen zu nutzen. Die Methode erlaubt es, in allen drei Raumrichtungen annähernd gleiche Lokalisationsgenauigkeiten zu erhalten. Somit können komplexe molekulare Organisationen von subzellulären Kompartimenten, wie zum Beispiel der neuronalen Synapse oder Membrankontakten zwischen subzellulären Kompartimenten, detailliert dargestellt werden. Die Anschaffung eines STED-Mikroskops für die Imaging Core-Facility des Fachbereichs Biologie der Universität Mainz soll die STED- Methode für alle Arbeitsgruppen der Biologie und kooperierender Institute nutzbar machen. Das beantragte STED-Mikroskop erlaubt, mehr als 50 μm tief in die Probe einzudringen und eine nahezu isotrope Lokalisationsgenauigkeit in allen drei Raumrichtungen zu erreichen. Damit sind auch komplexere Präparate für diese Mikroskopie-Methode relevant, was die Anwendbarkeit des Mikroskops wesentlich erweitert. Der wachsenden Zahl molekularbiologisch/zellbiologisch arbeitender Arbeitsgruppen innerhalb des Fachbereichs Biologie der Universität Mainz soll dadurch die Möglichkeit gegeben werden, mit adäquaten Methoden ihre Forschungsziele zu verfolgen. Durch die Nutzung gepulster Laser wird auch die Möglichkeit eröffnet, die Fluoreszenz Lebensdauer der Fluorophore direkt zu messen. Dadurch ist es möglich, nicht nur die Lokalisation von Molekülen darzustellen, sondern auch deren Interaktionen in relevanten Dimensionen zu erforschen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: 3D-STED Mikroskop
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
• Leiter: Professor Dr. Martin Heine