Rasterelektronenmikroskop mit automatischer Serienschnitt- und Serial Blockface Bildgebung

• Fachliche Zuordnung: Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539190472

Techniken zur Visualisierung der 3D-Ultrastruktur von Zellen und Geweben gewinnen in Biologie, Medizin und Umweltwissenschaften zunehmend an Bedeutung. Die Volumenelektronenmikroskopie kombiniert Serien- und Blockface-Schnitttechniken mit der Rasterelektronenmikroskopie (REM) um das Probenvolumen mit hoher Auflösung dreidimensional abzubilden. Dies erlaubt beispielsweise die 3D Darstellung der Interaktion von Nervenzellen mit Tumoren, die Analyse der Konnektivität von Nervenzellen definierter neuronaler Schaltkreise oder die Untersuchung vollständiger Sinnesorgane der Haut bei der Schmerzwahrnehmung. Damit entstehen völlig neue Einsichten in nanostrukturelle Funktionszusammenhänge die mit bisherigen Methoden nicht erreichbar waren. Die Volumen-EM-Technologie ist somit eine Schlüsseltechnologie für zahlreiche innovative Forschungsprojekte an der Universität Heidelberg. Die elektronenmikroskopische Darstellung von Geweben bleibt die Methode der Wahl um sowohl die zelluläre Binnenstruktur als auch die Mikroumgebung von Zellen im Gewebekontext präzise zu erfassen und verstehen zu können. So können beispielsweise neuronale Synapsen und andere Kontaktstellen zwischen Zellen, die zelluläre Konnektivität oder Interaktionen im Neuropil nur mittels Ultrastruktur sicher identifiziert werden. Um der räumlichen Komplexität der Strukturen Rechnung zu tragen müssen Gewebe dreidimensional untersucht werden. Hier hat sich in den letzten beiden Jahrzehnten die Scanning Elektronenmikroskopie (SEM) als besonders leistungsfähige Technik etabliert (dreidimensionale Elektronenmikroskopie (3DEM), Volumen Elektronenmikroskopie). Zwei wesentliche Techniken wurden entwickelt: Serielle Blockface Scanning EM (SBEM) und Serienschnitte auf Bändern oder Silikon Wafern kombiniert mit automatischer Aufnahme. Beide Techniken können als komplementär angesehen werden, haben unterschiedliche Vor- und Nachteile und sind zwischenzeitlich technisch ausgereift. Seit kurzem sind erstmalig Geräte verfügbar die sowohl SBEM als auch Serienschnitte auf Wafern und deren automatische Aufnahme ermöglichen. Weiterhin wurden Fortschritte in der Sensortechnik erzielt so dass mit kürzeren Aufnahmezeiten qualitativ hochwertige Aufnahmen erzielt werden können. Diese Entwicklungen erlauben nun einen höheren Durchsatz und machen die Volumen EM damit praktisch besser anwendbar. Das Gerät soll zur 3D Darstellung der Ultrastruktur vollständiger Nervenzellen und Interaktion unterschiedlicher Zelltypen in verschiedenen Gewebearten (Gehirn, peripheres Nervensystem, Lunge, Haut, Tumoren) benutzt werden. Dies wird uns neue Einsichten in die Wechselwirkungen zwischen Nervenzellen und umliegenden Zellen der Glia und Tumorzellen ermöglichen, die Darstellung der Tumor-Mikroumgebung ermöglichen. Dies wird wesentliche Einsichten in grundlegende Struktur- und Funktionszusammenhänge des Nervensystems als auch Krankheitsmechanismen in der Tumorbiologie ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Rasterelektronenmikroskop mit automatischer Serienschnitt- und Serial Blockface Bildgebung
• Gerätegruppe: 5120 Rasterelektronenmikroskope (REM)
• Antragstellende Institution: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
• Leiter: Professor Dr. Thomas Kuner