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Projekt
Hochdruckgefriergerät
Fachliche Zuordnung
Grundlagen der Biologie und Medizin
Förderung
Förderung in 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559352646
Das Hochdruckgefrieren hat revolutioniert, wie die Ultrastruktur von biologischen Proben für die Elektronenmikroskopie konserviert werden kann. Die Abbildung biologischer Proben im Elektronenmikroskop unterliegt aufgrund der Eigenschaften der Elektronen und ihrer Wechselwirkung mit Materie einigen Herausforderungen. Die Proben werden für die Bildaufnahme im Elektronenmikroskop in einem Hochvakuum platziert und müssen im Falle der Transmissionselektronenmikroskopie dünn genug sein (< 300nm), um eine erfolgreiche Bildaufnahme zu ermöglichen. Aus diesem Grund können biologische Proben nicht direkt abgebildet werden, sondern müssen eine aufwendige Probenvorbereitung durchlaufen. Der erste Schritt in jeder Vorbereitung von biologischen Proben für die Elektronenmikroskopie ist die Fixierung. Sie zielt darauf ab, die Ultrastruktur so weit wie möglich in ihrem ursprünglichen Zustand zu erhalten. Die beste Methode zur Fixierung der zellulären Strukturen, ohne dabei morphologische Veränderungen zu induzieren, ist derzeit die Kryofixierung. Sie erfolgt in Millisekunden und gewährleistet die gleichzeitige Immobilisierung aller molekularen Komponenten, dabei stabilisiert sie die Zellstrukturen. Im Gegensatz dazu unterliegen konventionelle chemische Fixierungsmethoden zwei großen Einschränkungen: eine relative langsame Fixierungsrate und die selektive Natur der chemischen Quervernetzung. Infolgedessen können Artefakte wie zelluläre Umstrukturierungen, Verformungen und Schrumpfungen aufgrund von langsamer Diffusion, Ungleichheiten in der Osmolarität und selektiven Reaktivität von Aldehyden auftreten. Im Gegensatz dazu werden beim Hochdruckgefrieren alle zellulären Komponenten gleichzeitig immobilisiert und stabilisiert, sodass Momentaufnahmen hochdynamischer zellulärer Prozesse erfasst werden können. Die außergewöhnliche zelluläre Konservierung, die durch Hochdruckgefrieren erreicht werden kann, wird häufig für verschiedene Methoden in der Elektronenmikroskopie eingesetzt, wie z.B. der korrelativen Licht- und Elektronenmikroskopie (CLEM), der dreidimensionalen Rekonstruktion durch Elektronentomographie und dem Nachweis von Proteinen und anderen Molekülen auf der Basis von Immunogold. Das beantragte Hochdruckgefriergerät wird den Instituten der Heinrich-Heine-Universität Zugang zu einer elektronenmikroskopischen Probenpräparationstechnik verschaffen, die den aktuellen Stand der Technik widerspiegelt. Diese Präparationstechnik erlaubt eine optimale ultrastrukturelle Konservierung biologischer Gewebe, die bei der Anwendung chemischer Fixierung nie erreicht werden kann. Da das Hochdruckgefriergerät Teil des Center for Advanced Imaging, der Imaging Core Facility der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät, sein wird, ist sichergestellt, dass das notwendige Fachwissen zur Verfügung steht, um die Hochdruckgefriertechnik effizient auf verschiedene wissenschaftliche Fragestellungen anzuwenden und die Qualität der entsprechenden Forschungsprojekte zu erhöhen.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Hochdruckgefriergerät
Gerätegruppe
8541 Einfrieranlagen zur Probenvorbereitung, z.B. in der Mikroskopie
Antragstellende Institution
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
