Konfokalmikroskop mit zeitkorrelierter Einzelphotonenzählung und Multiphotonenfähigkeit

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565398888

Mit Hilfe dieses Antrags soll ein existierendes Mikroskop ersetzt werden, das aktuell für Konfokalmikroskopie von fixierten und lebenden Proben, Zweiphotonen- und Second Harmonic Generation (SHG)-Mikroskopie verwendet wird. Es ist zudem das einzige System am Ulmer Campus für zeitkorrrelierte Einzelphotonen-Anwendungen wie Fluoreszenz-Lebensdauer (FLIM)-Mikroskopie, insbesondere metabolische FLIM-Messungen auf Basis von NADH-Fluoreszenz, sowie FLIM-basierte Förster Resonanz-Energie-Transfer (FLIM-FRET)-Mikroskopie. Das Ersatzgerät muss daher diese Fähigkeiten beibehalten und auf den aktuellen Stand der Technik bringen. Das beantragte Mikroskop soll für Konfokalmikroskopie fixierter und lebender Proben eingesetzt werden, von niedrigen bis mittleren Vergrößerungen für Übersichts- und Mosaikbildern von Organoiden oder kleinen Modellorganismen wie Zebrafischen bis hin zu High-End-Aufnahmen nahe der Beugungsgrenze für subzelluläre Beobachtungen von Protein-Kolokalisierung, Zytoskelettdynamik oder Organellenreifung. Da die meisten beteiligten Gruppen Multimarker-Ansätze auch in der Mikroskopie einsetzen wollen, soll das Mikroskop eine ausgeprägte Multiplexfähigkeit besitzen und muss daher mit Detektoren und Anregungslasern für einen weiten Spektralbereich ausgestattet sein. Die Fähigkeit, spektral überlappende Chromophoren aufgrund der Ankunftszeiten der Fluoreszenzphotonen zu trennen wird dafür essentiell sein, und außerdem dabei helfen, unerwünschte Hintergrundfluoreszenz, z.B. in tierischen oder pflanzlichen Geweben oder bestimmten Zellkulturmatrizes zu unterdrücken. Für größere Proben, vor allem Organoide und kleine Modellorganismen, soll mit Hilfe von Zweiphotonenanregung die Phototoxizität reduziert und gleichzeitig die Eindringtiefe vergrößert werden. Zweiphotonenanregung wird auch von mehreren Gruppen zur farbstofffreien Detektion von beugenden Strukturen wie Knochen oder Kollagenbündeln genutzt werden. Über reguläre Mikroskopie hinaus soll das neue Mikroskope auch weiterhin mikroskopiebasierte biophysikalische Verfahren unterstützen. Insbesondere muss es zeitkorrelierte Einzelphotonendaten für Anwendungen wie FLIM, FLIM-FRET oder Fluoreszenz-Kreuzkorrelationsspektroskopie (FCCS) sammeln können. Im sichtbaren Spektrum sollen FLIM-FRET und FCCS dabei zur nm-genauen Messung von Protein-Interaktionen eingesetzt werden. Des Weiteren wird die Mehrheit der beteiligten Gruppen FLIM in Kombination mit Zweiphotonenanregung von Metaboliten wie NADH und FAD nutzen, um den metabolischen Status ihrer Zellen zu charakterisieren. Diese Investition wird es Core Facility Lichtmikroskopie der Universität Ulm erlauben, auch weiterhin konfokale Mikroskopie auf einem für national und international kompetitive biomedizinische Forschung benötigten Niveau anzubieten, und wird für dringend benötigten Redundanz bei den Bildgebungskapazitäten in Ulm sorgen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Konfokalmikroskop mit zeitkorrelierter Einzelphotonenzählung und Multiphotonenfähigkeit
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Universität Ulm
• Leiter: Professor Dr. Gilbert Weidinger