Extrazellulärer Flux-Analyzer

• Fachliche Zuordnung: Medizin
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508308713

In den letzten zehn Jahren hat sich ein breites Interesse an der Biologie der Mitochondrien entwickelt, das großes Potenzial für neue Entdeckungen durch interdisziplinäre Ansätze bietet. Mitochondrien, die allgemein als Kraftwerke der eukaryontischen Zellen bekannt sind, beherbergen auch wichtige Stoffwechselwege, regulieren die Kalzium-Rheostase und synthetisieren Fe-S-Cluster. Ihre Funktionen sind untrennbar mit der dynamischen Fusion und Fission von Organellen und dem intrazellulären Zusammenspiel von Signalwegen verbunden, die Zellzyklus, Stammzellen, Zellerneuerung, Zelldifferenzierung, antivirale Reaktionen und Zelltod regulieren. Auf systemischer Ebene beeinflussen die in den Blutkreislauf freigesetzten Mitokine physiologische Funktionen. Untersuchungen zur Dynamik der zellulären Bioenergetik und des Stoffwechsels ermöglichen erste Einblicke in die komplexe Verflechtung der Mitochondrien mit den Signalnetzwerken, die den Lebenszyklus, die Entwicklung und die Physiologie der Zelle steuern. An der Technischen Universität München beschäftigen sich Forscher aus verschiedenen Disziplinen der Biowissenschaften und der Medizin mit drängenden Forschungsfragen zu mitochondrialer Biogenese, Mitophagie, metabolischer Flexibilität, reaktiven Sauerstoffspezies und Stress, Mitokinen, Metaboliten, Signalübertragung und zellulärer Kalziumdynamik. Trotz ihrer interdisziplinären Divergenz, die von Immunologie, Infektionsbiologie, gastrointestinaler Pathophysiologie, Krebsbiologie, Energiebilanz, Stoffwechsel und Strukturbiologie reicht, konvergieren ihre Forschungsaktivitäten in einem gemeinsamen Interesse an Mitochondrienfunktion in der Kontrolle der zellulären Bioenergetik. Diese Interdisziplinarität ist durch gemeinsame Veröffentlichungen in hochrangigen Fachzeitschriften dokumentiert (Cell, Nature, Nat Immunology, Nat Commun, Journal of Hepatology).Diese Forscher benötigen modernste Technologie, um Stoffwechselmessungen in Organoiden, intakten oder permeabilisierten Zellen und in isolierten Mitochondrien durchzuführen. Parallele Echtzeit-Aufzeichnungen der Sauerstoffverbrauchsrate (OCR) und extrazelluläre pH Messungen (ECAR) sind erforderlich, um den Flux der katabolen Stoffwechselwege, die Adenosintriphosphat (ATP) liefern, zu quantifizieren. Die OCR und ECAR spiegeln die mitochondriale oxidative Phosphorylierungsaktivität und die glykolytische ATP-Synthese wider. Die erforderliche Instrumentierung muss reproduzierbare OCR- und ECAR-Messungen mit einer minimalen Anzahl von Organoiden, Zellen oder Mitochondrien in sehr kleinen Volumina ermöglichen. Dies erfordert hohe Empfindlichkeit und präzise Kontrolle von Temperatur und Feuchtigkeit. Vermessung dynamischer Veränderungen im Stoffwechselfluss als Reaktion auf verschiedene Aktivatoren und Inhibitoren ist eine essentielle Anforderung an die Messtechnik. Für den Vergleich verschiedener Behandlungen unter identischen Versuchsbedingungen ist ein Multiplattensystem unerlässlich.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Extrazellulärer Flux-Analyzer
• Gerätegruppe: 3560 Warburg-Apparaturen, Zellstoffwechsel-Analysengeräte
• Antragstellende Institution: Technische Universität München (TUM)
• Leiter: Professor Dr. Martin Klingenspor