Cryo-Plasma-Fokussiertes Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskop (Cryo-pFIB-SEM)

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566501987

Strukturelle Zellbiologie der nächsten Generation: Kryo-Plasma-Fokussiertes Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskop zur Erzeugung von Kryo-Lamellen für die Kryo-Elektronentomographie In diesem Antrag beantragen wir die Finanzierung eines Kryo-Plasma-Fokussierten Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskops (pFIB-SEM), das mit einem speziellen Kryo-Transfersystem, einem integrierten Fluoreszenzmikroskop und einem Kryo-Lift-out-System zur Erzeugung von vitrifizierten Lamellen für die Kryo-Elektronentomographie (Kryo-ET) ausgestattet ist. Die automatisierte und optimierte Herstellung dünner, vitrifizierter Lamellen ist mittlerweile eine wesentliche Voraussetzung für die Aufnahme hochqualitativer Tomogramme von zellulären oder gewebespezifischen Proben. Diese neue Präparationstechnik hat einen transformativen Einfluss auf die strukturelle Zellbiologie. Eine zentrale Herausforderung bei der Probenpräparation ist die gezielte, qualitativ hochwertige, automatisierte und schnelle Herstellung dünner, vitrifizierter Lamellen aus biologischem Material, damit die Kryo-ET hochauflösende Daten für die nachfolgende Bildanalyse liefern kann. Aufgrund der Dickenbeschränkungen der Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM), die nur die Abbildung von Proben bis zu einer Dicke von 500 nm erlaubt, ist das Ausdünnen der Probe die einzige Möglichkeit, die Struktur makromolekularer Komplexe in ihrer natürlichen Umgebung zu bestimmen. Dies ermöglicht detaillierte strukturelle Analysen von Geweben, Zellen und Mikroorganismen. pFIB-SEM-Systeme ermöglichen eine hochpräzise und effiziente Probenverdünnung. In Kombination mit hochmodernen Kryo-Transmissions-Elektronenmikroskopen (Kryo-TEM), wie denjenigen, die wir am Frankfurt Center for Electron Microscopy (FCEM) der Goethe-Universität Frankfurt (GU) betreiben, können wir hochauflösende Bilder von biologisch und medizinisch relevanten Proben aufnehmen. Daher wird diese Initiative von der strukturellen Zellbiologie-Gemeinschaft an der GU ausdrücklich unterstützt. Der Zugang zu pFIB-SEM-Systemen an benachbarten und kooperierenden Institutionen war bisher nicht möglich, da das einzige dort verfügbare Gerät von sechs Forschungsgruppen genutzt wird und die Messzeit daher äußerst begrenzt ist. Tatsächlich stellen pFIB-SEM-Systeme derzeit den größten Engpass in der Analyse für die gesamte Community dar, da die Lamellenpräparation erheblich mehr Zeit in Anspruch nimmt als die Tomogrammaufnahme. Die Anschaffung eines pFIB-SEM wird die Spitzenforschung in der strukturellen Zellbiologie an der GU für das nächste Jahrzehnt ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Cryo-Plasma-Fokussiertes Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskop (Cryo-pFIB-SEM)
• Gerätegruppe: 5120 Rasterelektronenmikroskope (REM)
• Antragstellende Institution: Goethe-Universität Frankfurt am Main
• Leiter: Professor Dr. Achilleas Frangakis