Schnelles 3D Multiphotonen Mikroskop

• Fachliche Zuordnung: Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493099451

Wir beantragen ein ultraschnell scannendes Multiphotonen-Mikroskop mit dem Fluoreszenz Signale in 3D in großen Gewebevolumina erfasst und einzelne Zellen gezielt durch Laserlicht stimuliert werden können. Um die grundlegenden Mechanismen besser verstehen zu können, welche der Schädigung der Struktur und Funktion von Nerven und Gliazellen bei neurodegenerativen Erkrankungen zugrunde liegen, müssen diese komplex miteinander verbundenen Zellen im Verbund untersucht werden. Dazu verwenden wir transgene Mausmodelle dieser Erkrankungen und menschliche Hirngewebsmodelle, sogenannte Spheroide, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen hergestellt wurden. Die funktionelle Untersuchung solch komplexer dreidimensionaler Strukturen, bei denen die verschiedenen Zelltypen an unterschiedlichen Orten aktiv sind, erfordert Mikroskopie mit sehr schnellem Scannen, was mit konventionellen spiegelbasierten Scannern nicht möglich ist. Unter Einsatz von optoakustischen Modulatoren sind Punktabtastung mit flexiblem örtlichen und zeitlichem Zugriff mit hochfrequenten kHz –Abtastraten möglich. In Kombination mit fluoreszierenden Kalzium-Indikatoren kann so simultan die Aktivität von Hunderten, miteinander verbundenen, Zellen untersucht werden. Des Weiteren können so seltene Ereignisse in einer relevanten Zahl von Zellen pro Volumen analysiert werden, welches mit einem zweidimensionalen Scannen auf der Basis von Spiegelsystemen nie gelingen würde. So kann der Effekt von pathologischen Proteineinschlüssen in einigen wenigen Zellen auf die Funktion einzelner, auch seltener Nervenzelltypen, wie inhibitorische Neurone untersucht werden. Auch das komplexe Zusammenspiel von Astrozyten- und Mikroglia-Fortsätzen in Hinblick auf die Plastizität von dendritischen Dornen in Abhängigkeit von pathologischen Veränderungen, ist viel effektiver im dreidimensionalen Raum zu erfassen, da sich nur ein Bruchteil der Synapsen während des kurzen Zeitraums des in vivo Imagings am wachen Tier umformen. Gezielte, punktgenaue optogenetische Stimulation von einzelnen Zellen oder sogar Synapsen kann mit diesem System erfolgen und ermöglicht uns ein bisher unerreichtes Level an Struktur-Funktionsanalysen, inputspezifischen mappings oder Populations-Manipulations Untersuchungen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Schnelles 3D Multiphotonen Mikroskop
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Ludwig-Maximilians-Universität München
• Leiter: Professor Dr. Jochen W. Herms