Kohärente Fluktuations-Bildgebung für die Untersuchung zellulärer Organisation

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Enderlein
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565717292

In diesem gemeinsamen Projekt zwischen der Academia Sinica (Taiwan) und der Georg-August-Universität Göttingen (Deutschland) schlagen wir einen neuartigen optischen Mikroskopieansatz vor, der Konzepte aus der Super-resolution Optical Fluctuation Imaging (SOFI) und der Image Correlation Spectroscopy (ICS) mit der iSCAT-Mikroskopie integriert, um die räumliche Auflösung zu verbessern und quantitative dynamische Informationen aus nanoskaligen biologischen Systemen zu extrahieren. SOFI, eine softwaregestützte Fluoreszenzmikroskopiemethode, verbessert die Auflösung, indem es zeitliche Fluoreszenzfluktuationen analysiert und statistische Korrelationen analysiert. ICS, ein fluoreszenzbasiertes Mikorskopie-Spektroskopie-Verfahren, quantifiziert molekulare Organisation, Diffusion und Wechselwirkungen durch statistische Analyse von Fluoreszenzintensitätsfluktuationen. Während sowohl SOFI als auch ICS weit verbreitet in der Fluoreszenzbildgebung eingesetzt werden, bleibt ihre Anwendung auf iSCAT unerforscht. Durch die Verbindung von SOFI und ICS mit kohärenter iSCAT-Mikroskopie möchten wir die optische Auflösung von iSCAT verbessern und eine neue Methode für die markierungsfreie Untersuchung biomolekularer entwickeln. Wir wollen unsere neuen Methoden für die Untersuchung der Chromatindynamik im Zellkern anwenden. Die Kernforschungsziele des Projekts sind: 1. Entwicklung eines theoretischen Modells für kohärente Bildgebung: Mithilfe der Richards-Wolf-Bildgebungstheorie wird das Projekt die Bildgebung großer Verteilungen von streuenden Partikeln modellieren und kohärente Wechselwirkungen berücksichtigen. 2. Verbesserung der superauflösenden kohärenten Fluktuationsbildgebung: SOFI wird auf iSCAT-Bilder angewendet, um die Auflösung und den Kontrast zu verbessern und die Anwendbarkeit von SOFI über die Fluoreszenzmikroskopie hinaus zu erweitern. 3. Extraktion molekulardynamischer Daten: ICS-Techniken werden auf iSCAT-Daten angewendet, um Diffusivität, korrelierte Bewegungen, Dichte und andere biophysikalische Parameter zu quantifizieren. 4. Untersuchung der höhergeordneten Korrelationsanalyse: Die erweiterten Zeitmaßstäbe in der iSCAT-Bildgebung ermöglichen die Berechnung von ICS-Korrelationen dritter Ordnung und somit Studien zur Vortizität und räumlich korrelierten Diffusion. 5. Validierung durch Simulationen und Experimente: Theoretische Modelle werden mithilfe von Brown’schen Dynamik-Simulationen und experimenteller iSCAT-Bildgebung von Nanopartikeln validiert. 6. Erforschung der Chromatinorganisation und -dynamik: Die auf iSCAT basierende SOFI/ICS-Analyse wird zur Untersuchung der Chromatindynamik in lebenden Zellkernen von Säugetieren eingesetzt. Wir werden Korrelationen zwischen Chromatinorganisation, subdiffusivem Verhalten und Dichte untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Taiwan
• Partnerorganisation: National Science and Technology Council (NSTC)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Chia-Lung Hsieh