Molecular Imaging

M. Lauterbach | Molekulare Bildgebung

Unser Ziel ist es, das Zusammenspiel von Ultrastruktur und Funktion in Neuronen und Gliazellen zu verstehen. Dazu, wenden wir moderne optische und elektrophysiologische Techniken an und entwickeln sie weiter, insbesondere auf dem Gebiet der Hochauflösungsmikroskopie. Mit einem interdisziplinären Ansatz zwischen Physik und Neurowissenschaften überbrücken wir die Lücke zwischen der Entwicklung neuer Mikroskopietechniken und deren direkter Anwendung. Bei den optischen Techniken konzentrieren wir uns auf die STED-Mikroskopie (Stimulated Emission Depletion Microscopy), eine optische Hochauflösungstechnik zur Abbildung von lebendem und fixiertem Gewebe mit einer Auflösung jenseits der Beugungsgrenze. Die STED-Mikroskopie gibt uns Informationen über die Struktur und strukturelle Veränderungen. Diese Informationen kombinieren wir dann mit funktionellen Aufnahmen unter Verwendung von Kalziumbildgebung und elektrophysiologischen Techniken. Außerdem entwickeln wir neue Bildgebungsverfahren und bauen ein Mikroendoskopiesystem für die funktionelle Bildgebung zellulärer Signale. Darüber hinaus ist das Labor daran interessiert, Struktur und Funktion in nicht-traditionellen Modellorganismen zu erforschen, um evolutionär konservierte Mechanismen zu identifizieren und experimentelle Vorteile zu erzielen. Daher ist unser Hauptmodellorganismus die Schildkröte, aber wir arbeiten auch mit Mäusen.   Die offenen Stellen finden Sie unten auf dieser Seite.

STED-Mikroskopie

Die STED-Mikroskopie ist eine optische, sogenannte "Superauflösungs"/”Hochauflösungs”-Mikroskopietechnik, die eine höhere Auflösung als herkömmliche optische Mikroskopie bietet. Diese höhere Auflösung führt zu einer höheren nutzbaren Vergrößerung. Ihre Erfindung wurde 2014 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Kalzium-Bildgebung

Calcium ist ein wichtiges Signalmolekül in Neuronen und Gliazellen. Die Aktivität der Zellen ist mit Veränderungen der intrazellulären Kalziumkonzentration korreliert. Indikatorfarbstoffe ermöglichen es, diese Änderungen der Calcium-Konzentration in Änderungen der Fluoreszenz umzuwandeln. Die Aktivität der Zellen kann so durch Aufnahme der Fluoreszenzintensität beobachtet werden. Auf diese Weise können viele Zellen im Netzwerk gleichzeitig untersucht warden.

Mikroendoskopie

Um in-vivo-Bildgebung funktioneller Signale zu ermöglichen, entwickeln wir ein dünnes Mikroendoskopiesystem. Dieses basiert auf einem Mehrkern-Faserbündel und zielt darauf ab, funktionelle Signale mit Einzelzellauflösung aufzunehmen. Dieses System ist kleiner als bestehende Ansätze ist und verfügt gleichzeitig über Mehrkanalfunktionalität. Das Mikroendoskop ermöglicht es uns, die Reaktionen einzelner Zellen während Interorgankommunikation und in verschiedenen Krankheitsmodellen aufzuzeichnen.

Elektrophysiologie

Mikroelektroden ermöglichen die Messung des Membranpotentials von Zellen. Ihre Aktivität und die Erzeugung von Aktionspotentialen können so mit hoher zeitlicher Auflösung verfolgt werden.

Schildkröten

Die evolutionäre Position von Reptilien im Vergleich zu Säugetieren macht das Reptilienhirn zu einem interessanten Modellsystem, um die strukturelle und funktionelle Evolution der neuronalen Schaltkreise von Wirbeltieren zu untersuchen. Schildkröten haben einen ungefalteten Kortex, der in nur drei Zellschichten unterteilt ist - im Gegensatz zum Säugetier-Kortex, der sechs Schichten hat. Damit ähnelt der Schildkrötenkortex den Teilen des Säugetiergehirns (Hippocampus, Riechkolben), die als evolutionär alt gelten. Hier können wahrscheinlich allgemeine – evolutionär alte – Prinzipien der neuronalen Signalverarbeitung entdeckt und verstanden werden.

Transgene Mäuse

Um die Morphologie und Funktion von Nervenzellen in bestimmten Hirnarealen zu identifizieren, bedarf es einer spezifischen Visualisierung. Mit Hilfe verschiedener transgener Mäuse von unseren Kooperationspartnern in der Abteilung Molekularphysiologie induzieren wir die Expression fluoreszenter Proteine in spezifischen Zelltypen und Hirnarealen.

 Wir bieten motivierten Studenten der Biologie, Humanbiologie, Medizin, Veterinärmedizin, Physik, oder verwandter Fächer an, mit modernen Techniken und ungewöhnlichen Modellorganismen im Rahmen ihrer Bachelor-, Master-, oder Doktorarbeit zu arbeiten.