TomoFlow: Tomographische Zweiphotonen Durchflusszytometrie

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Karpf
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517314784

Multiphotonenmikroskopie ermöglicht große optische Eindringtiefen, was sie zur Hauptmethode für die optische Bildgebung in Gewebe macht. Um den molekularen und zellulären Ursprung von Krankheiten zu verstehen, ist es von entscheidender Bedeutung, subzelluläre Einheiten und Zell-zu-Zell-Interaktionen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung und auf allen relevanten Größenordnungen zu messen und zu visualisieren. Darüber hinaus ist es für eine robuste und zuverlässige Statistik erforderlich, eine große, heterogene Zellpopulation zu analysieren. Dies kann optimal durch die bildgebende Durchflusszytometrie (engl. Imaging flow cytometry, IFC) erreicht werden, bei der die Zellen im mikrofluidischen Fluss mikroskopisch abgebildet werden. In diesem Projekt werden wir eine IFC Platform entwickeln, die mit hohem Durchsatz und dreidimensionaler (3D) Erfassung die Untersuchung von Zellpopulationen und Organoiden ermöglicht. Die hohe Penetration der Zwei-Photonen-Mikroskopie und die volumetrische Erfassung führen zu einer tomographischen Bildaufnahme. Daher nennen wir diese neue Technologieplattform TomoFlow. Der hohe Durchsatz wird durch die kürzlich eingeführte spektro-temporale Laserbildgebung durch diffraktive Anregung (engl. SLIDE) ermöglicht, die Bildgebungsraten von 4.000 Bildern pro Sekunde erreicht. Für TomoFlow werden wir neue mikrofluidische Durchfluss-Chips entwickeln, die tomographische Aufnahmen mit hoher dreidimensionaler Auflösung (< 1µm3) erreichen. In Testanwendungen werden wir die TomoFlow-Technologie zum Nachweis von Tumorzellen im Fluss, zur Darstellung von in ungefiltertem Vollblut suspendierten Organoiden und Gewebefragmenten, sowie für pharmakologische Studien an Organoiden mit hoher Auflösung auf zellulärer und subzellulärer Ebene und hohem Durchsatz für verlässliche Statistiken einsetzen. Dieses Forschungsvorhaben hat das Potenzial, ein neues biomedizinisches Diagnoseinstrument für die Untersuchung des zellulären Ursprungs von Krankheiten und die Entwicklung gezielter, personalisierter Therapien und Medizin auf zellulärer und molekularer Ebene bereitzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen