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Projekt
Konfokalmikroskop zur Abbildung und mechanischer Charakterisierung von multizellulären Systemen
Fachliche Zuordnung
Grundlagen der Biologie und Medizin
Förderung
Förderung in 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571476277
Wie sich Stammzellen selbst organisieren und funktionale Gewebe formen können, ist eine aktuelle Fragestellung, welche auch die Ulmer Biophysiker erforschen. In den letzten Jahren ist neben der Biophysik der genetischen Regulation (AG Gebhardt) auch die Rolle mechanischer Kräfte zu einem eigenständigen Fachgebiet, der Mechanobiologie, geworden. Die neuberufene AG Serwane beschäftigt sich mit der Erforschung der Wechselwirkung von zellulären Kräften und Formation neuronaler Netze. Wie steuern mechanische Signale die Vernetzung von Neuronen? Um ein zugängliches in vitro Modell für Nervenzellen zur Verfügung zu haben verwendet die AG Serwane neuronale Organoide. Zur Charakterisierung der Organoide wird ein Konfokalmikroskop benötigt welches die Abbildung auf den Skalen von 100nm bis mehrere Millimeter (Subzellulär -> Gewebe), sowie auf einer Zeitskala von einigen Millisekunden bis hin zu mehreren Tagen erlaubt. Simultane Messungen der Mechanik und der Zelldynamik sind der Schlüssel für die Beantwortung der Frage, wie sich neuronaler Systeme selbstorganisieren und könnte den Grundstein legen für die Optimierung dieses Wachstums. Um mechanische Kräfte in wachsendem neuronalem Gewebe auszuüben, verwendet die Arbeitsgruppe eine eigens entwickelte Technik - ferrofluide Mikrotröpfchen, die in das Gewebe injiziert und mittels Magnetfeldes verformt werden. Es ist daher notwendig eigene Aufbauten zur biophysikalischen Manipulation, wie bspw. die Magnete zur Erzeugung der Magnetfelder in unmittelbarer Nähe der Probe zu montieren. Dies erfordert das Ersetzen des Kondensors des Konfokalmikroskops und das Anbringen eines Verschiebetisches. In einer zweiten Forschungsrichtung plant die AG Serwane, neuronale Signale in Organoiden auszulesen, um ein fundamentales Verständnis der Netzwerkbildung zu gewinnen und gleichzeitig die Modellierung von retinalen Krankheiten voranzutreiben. Durch Kalzium-Imaging werden elektrische Signale, die durch neuronale Aktivität entstehen, visualisiert und mittels Methoden der statistischen Physik analysiert werden. Dies ermöglicht nicht nur die Untersuchung von Signalübertragungen innerhalb des Netzwerks, sondern liefert auch Einblicke in pathologische Veränderungen, wie sie bei neurodegenerativen Erkrankungen insbesondere der Retina auftreten. Die Kombination aus 4D Bildgebung auf subzellulärer Skala, mechanischer Charakterisierung und Kultur von neuronalen Organoiden (AG Serwane), sowie der biophysikalischen Quantifizierung von Einzelmolekülen (AG Gebhardt, AG Michaelis) wird es den Ulmer Biophysikern ermöglichen, neue Wege in der Mechanobiologie-Grundlagenforschung und der Anwendung von Organoiden als Modellsysteme für Krankheiten zu beschreiten.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Konfokalmikroskop zur Abbildung und mechanischer Charakterisierung von multizellulären Systemen
Gerätegruppe
5040 Spezielle Mikroskope (außer 500-503)
Antragstellende Institution
Universität Ulm
