Untersuchungen zur Zellmechanik bei Partikelanbindung und Phagozytose durch Photonische Kraftmikroskopie und Hochgeschwindigkeitsbildgebung

Das Anbinden von Partikeln wie Bakterien, Viren oder Abfallstoffen an lebende Zellen und deren mögliche Aufnahme in das Zellinnere, die Phagozytose, stellen zentrale Prozesse in der Zellbiologie und Immunologie dar. Die Beobachtung solcher Anbindungs- und Aufnahmeprozesse, welche in der Regel schrittweise verlaufen, sind bei lebenden Zellen durch die zeitliche und örtliche Auflösung von Lichtmikroskopen limitiert. Trotz moderner Fluoreszenzmethoden, sind fluktuationsbasierte Prozesse, wie die (Re-)Organisationen von molekularen Bindungen, nur sehr beschränkt sichtbar und damit analysierbar. Bindungsstärken z.B. sind hierbei überhaupt nicht messbar. Dies führt dazu, dass zellmechanisch viele Teilprozesse der Anbindung, des Partikel¬transports und der aktiven Einverleibung in das Zellinnere nicht ausreichend verstanden sind. Je kleiner Partikel oder zelluläre Strukturen sind, desto schneller bewegen sie sich. Viele Prozesse finden auf Skalen von Nanometern und Millisekunden statt, die durch die meisten optischen Methoden gerade bei lebenden Zellen nicht messbar sind. Mittels der bei uns etablierten Photonischen Kraftmikroskopie sollen verschiedene Wechselwirkungsprozesses zwischen Partikel und lebender Zelle induziert und variabel in Ort und Zeit gesteuert werden. Die Anbindung, der Partikeltransport an der Oberfläche und die eigentliche Aufnahme, bestehen aus vielen sich überlagernden, skalenübergreifenden Prozessen (10^-9 bis 10^-5 Meter und 10^-5 bis 10^2 Sekunden) und können besser verstanden werden, wenn man in der Lage ist, die Vorgänge auf einer großen zeitlichen und räumlichen Bandbreite zu messen und analysieren. Hierzu werden einerseits schnelle kohärente, d.h. markierungsfreie Methoden wie das interferometrische 3D Partikeltracking (bei ca. 1 MHz Abtastrate) oder eine Live-Cell Superauflösungsmikroskopie-Methode, basierend auf rotierendem Laserstreulicht (ROCS) mit einer Abtastrate von über 100 Hz zum Einsatz kommen. Zum anderen werden aber auch fluoreszenzbasierte Methoden verwendet, wie die konfokale Spinning-Disc Technologie, welche um eine elektrooptisch durchstimmbare Linse zur schnellen 3D Bildaufnahme erweitert werden soll.

Weitere Informationen: http://www.imtek.de/bnp
Ansprechpartner: Rohrbach A
Tel: 7536
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Projektbeginn: 01.03.2018
Projektende: 28.02.2021

Rohrbach A

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Bio- und Nano-Photonik
Prof. Dr. Alexander Rohrbach
Georges-Köhler-Allee 102
79110 Freiburg

Telefon: +49 761 203-7536
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Email: rohrbach@imtek.uni-freiburg.de
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