Spinning Disk Konfokalmikroskop

• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569462014

Komplexe, reziproke Wechselwirkungen zwischen Zellen und ihrer dreidimensionalen (3D) Gewebeumgebung sind grundlegend für die Entwicklung und Funktion multizellulärer Organismen sowie für die Krankheitsentstehung. Diese Wechselwirkungen werden durch biochemische und mechanische Signale gesteuert, die den Zellen von einer sie umgebenden 3D Matrix (extrazelluläre Matrix, ECM) präsentiert werden. Um ganzheitlich zu verstehen, wie Struktur und Funktion auf der Ebene von Zellen, Geweben, Organen und Organismen aus diesen Wechselwirkungen entstehen, müssen experimentelle Untersuchungen im nativen 3D Kontext durchgeführt werden. Die Zell-Matrix-Interaktionen erstrecken sich über mehrere Längen- und Zeitskalen – von Mikrometern bis Millimetern und von Sekunden bis Tagen. Spinning Disk Konfokalmikroskopie (SDCM) ist eine etablierte Technologie, die sich optimal eignet, um solche Prozesse in lebenden Proben auf den genannten Skalen zu untersuchen. Neue Softwareentwicklungen ermöglichen zudem adaptive Feedback Mikroskopie, bei der neu erfasste Bilder in Echtzeit analysiert werden, um Bildgebung in Raum und Zeit dynamisch an seltene Ereignisse anzupassen. Die hauptantragsstellende Forschungsgruppe verfügt über umfassende Erfahrung darin, wie biochemische und mechanische Signale der ECM Zell- und Gewebefunktionen beeinflussen. Mit eigens entwickelten 3D Modellgeweben, die wichtige strukturelle und signalgebende Eigenschaften nativer Gewebeumgebungen nachbilden, konnten bereits zentrale zellbiologische Prozesse aufgeklärt werden. Das beantragte SDCM ist essenziell, um diese Arbeiten fortzuführen. Es soll insbesondere zur 3D Bildgebung eines biomimetischen Modells der Angiogenese eingesetzt werden, das auf einem Hydrogel in einem mikrofluidischen Chip basiert. Um schnelle Dynamiken von Zell-ECM- und Zell-Zell-Interaktionen in großen 3D Volumina solcher Hydrogele erfassen zu können, sind hohe Aufnahmegeschwindigkeiten bei minimaler Lichtbelastung erforderlich, wofür SDCM optimal geeignet ist. Adaptive Feedback-Mikroskopie ist zudem entscheidend, um seltene Ereignisse mit hoher zeitlicher Auflösung zu erfassen, z.B. initiale Interaktionen von Tumorzellen mit dem Gefäßsystem. Das SDCM soll auch in eine neue Imaging Core Facility an der Fakultät für Chemie und Chemische Biologie der TU Dortmund eingebunden werden. So wird das Mikroskop auch einer breiten Nutzergruppe zugänglich, die von den Vorteilen der SDCM profitieren kann – etwa zur Abbildung schneller zellulärer Prozesse oder für bildbasierte Screens zur Identifikation von Krebswirkstoffen. Insgesamt erlaubt die Kombination aus SDCM und flexibel implementierbarem Feedback ein intelligentes Automatisieren der Bildaufnahme und somit eine präzise Analyse komplexer Zellprozesse.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Spinning Disk Konfokalmikroskop
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Technische Universität Dortmund
• Leiterin: Professorin Dr. Britta Trappmann