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Projekt
Rasterelektronenmikroskop mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB-SEM)
Fachliche Zuordnung
Neurowissenschaften
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577310779
Die Kombination aus Rasterelektronenmikroskopie und fokussiertem Ionenstrahl (FIB-SEM) ermöglicht die automatisierte, dreidimensionale Bildgebung biologischer Proben mit einer Auflösung im Nanometerbereich. Diese Technik liefert isotrope Voxel <10 nm, erlaubt das Ansteuern definierter Probenbereiche und unterstützt automatisierte Langzeitaufnahmen. Damit eignet sich FIB-SEM zur Rekonstruktion komplexer subzellulärer Strukturen wie Synapsen, dendritischer Dornen, glialer Fortsätze, des extrazellulären Raums und Organellen in relativ großen Volumina. Die Kombination mit komplementären Verfahren wie Lichtmikroskopie, Elektrophysiologie und molekularen Markierungsmethoden macht FIB-SEM zu einem Werkzeug zur Untersuchung der Struktur-Funktions-Beziehungen im Nervensystem auf der Nanoskala. Das Gerät soll eingesetzt werden, um strukturelle Korrelationen synaptischer Plastizität und Interaktionen zwischen Gliazellen, Neuronen und Gefäßen in Hirngewebe von Nagern und Menschen zu erforschen. Die Ziele umfassen die Analyse erfahrungs-, stimuli- und krankheitsabhängiger Veränderungen der synaptischen Architektur, die Rolle von Gliazellen bei der Synapsen-Remodellierung, sowie die morphometrische Rekonstruktion neuronaler Netzwerke in verschiedenen Hirnarealen. Der Zugang zu menschlichem kortikalem Hirngewebe, das sowohl durch neurochirurgische Eingriffe am Center of Advanced Surgical Tissue Analysis (CAST) als auch post-mortem über das anatomische Institut gewonnen wird, eröffnet einzigartige Möglichkeiten, artspezifische Unterschiede, interindividuelle Variabilität und pathologische Veränderungen in menschlichen Hirnstrukturen zu untersuchen. Das System wird in multimodale Workflows integriert, in denen Licht-, Raman- und Elektronenmikroskopie, funktionelle Messungen und Gewebepräparation via Hochdruckgefrierung (HPF) kombiniert werden. Vorgesehen ist ein HPF-Gerät in unmittelbarer Nähe zu den Operationssälen, um so die Möglichkeit zu schaffen, menschliches Gewebe direkt nach chirurgischen Eingriffen kryofixieren zu können. Diese Verbindung aus FIB-SEM und HPF unterstützt experimentelle und translationale neurowissenschaftliche Projekte, die 3D-Rekonstruktionen neuronaler, glialer und vaskulärer Kompartimente unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen erfordern. Die Geräte werden in ein multidisziplinäres Team aus Neurowissenschaftler:innen, Neurochirurg:innen, Physiker:innen und ähnlichen Disziplinen eingebettet. Neben der FIB-SEM-Tomografie wird das System für die Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM-in-SEM) und Array-Tomografie ausgestattet. Diese Modi erhöhen die Flexibilität und Probendurchsatz und eröffnen ein breites Spektrum an Bildgebungs- und Probenvorbereitungsmethoden. Die Geräte werden in eine Core Facility (EMCore) eingebunden, die seit 01.01.2024 als Shared Facility der Medizinischen Fakultät anerkannt ist, und werden für die Nutzung in den Neurowissenschaften, der Zellbiologie und Biomedizin zur Verfügung stehen.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Rasterelektronenmikroskop mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB-SEM)
Gerätegruppe
5120 Rasterelektronenmikroskope (REM)
Antragstellende Institution
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
