Mehrzweck-Zwei-Photonen-Mikroskop für ex-vivo-Bildgebung und Elektrophysiologie

• Fachliche Zuordnung: Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung in 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 579567135

Das Duo-2PMS ist ein leistungsstarkes, vielseitiges Zwei-Photonen-(2P)-System, das eine fortgeschrittene bildgebende Analyse neuronaler Aktivität mit zellulärer und synaptischer Auflösung ermöglicht. Sein flexibles Design unterstützt verschieden Anwendungen, darunter die Zwei-Photonen-Bildgebung neuronaler Aktivität, die Darstellung endogen freigesetzter Peptide sowie strukturelle Bildgebung in ex-vivo Schnittpräparaten nach Verhaltensmanipulationen. Das System ermöglicht die gleichzeitige Darstellung von zwei Neuronenpopulationen, gezielte Punktstimulation (1P/2P) definierter Regionen in neuronalen Kompartimenten, 1P-LED-basierte Weitfeldstimulation und die Detektion gängiger fluoreszierender Proteine mit 1P-Epifluoreszenzbildgebung. Zusätzlich verfügt es über eine Elektrophysiologie-Einheit für Patch-Clamp-Aufnahmen und Messungen lokaler Feldpotenziale zur Integration von zellulären und Netzwerkaktivitätsmustern. Am Institut für Biologie der Otto-von-Guericke-Universität wird Duo-2PMS als gemeinsame Plattform für die Untersuchung neuronaler Schaltkreise, synaptischer Plastizität sowie molekularer und interzellulärer Signalwege in ex vivo Schnittpräparaten bereitstehen. Es wird damit auch Kooperationsprojekte zwischen den Arbeitsgruppen des IBIO und ihren Partnern befeuern und ihre Einbindung in regionale und überregionale Forschungsverbünde stärken. Geplante Projekte umfassen Untersuchungen zur Auswirkung von Amygdalahyperaktivität, frühkindlichen Stress und neuronalen Entwicklungsstörungen auf zelluläre Gedächtnisengramme im Hippokampus; hierbei spielt die Kombination von 1P-/2P-Bildgebung mit elektrophysiologischen Methoden eine entscheidende Rolle. Weitere Projekte zielen darauf ab, molekulare und Schaltkreismechanismen der hippokampalen Plastizität und Stressresilienz zu entschlüsseln. Zwei-Photonen-Bildgebung, genetische Markierungsstrategien und optogenetische Intervention werden dabei verknüpft um die Funktion von intrazellulären Signalwegen und molekulare Mechanismen der strukturellen Reorganisation in spezifischen Zellpopulationen (insbesondere Interneuronen) nach Stresserfahrungen zu analysieren. Zudem werden wir das Gerät einsetzen um Modulationsmechanismen von neuronalen Schaltkreisen und mögliche Konvergenzen von Signalwegen zu untersuchen. Zwei-Photonen-Bildgebung wird dabei erneut mit Patch-Clamp-Elektrophysiologie kombiniert um subikuläre Eingänge zu den Mammillarkörpern und dem anterioren Thalamus funktionell zu kartieren. Des weiteren werden wir untersuchen, wie spezifische Orexin- und Neuropeptid-Y-(NPY)-Signalwege hippokampale Schaltkreise und Stressresilienz regulieren. Die ex vivo zwei-Photonen-Bildgebung wird dabei in Verbindung mit genetischer und viraler Manipulation eingesetzt, um die orexinerge Modulation von Mossy-Zellen und supramammillären Eingängen zum Gyrus Dentatus, sowie die Wechselwirkungen zwischen NPY und lokaler Mikroglia zu erforschen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Mehrzweck-Zwei-Photonen-Mikroskop für ex-vivo-Bildgebung und Elektrophysiologie
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
• Leiter: Professor Dr. Oliver Stork