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Long-term molecular nanoscale imaging of neuronal function

Projektbeschreibung

Fortschritte bei der Bildgebung von neuronalen Synapsen

Neuronen kommunizieren miteinander, indem sie elektrische und chemische Signale über spezielle Verbindungsstellen, die sogenannten Synapsen, weiterleiten. Die Untersuchung der Organellen und Proteincluster in Synapsen hat sich aufgrund ihrer geringen Größe und ihrer engen Abstände als schwierig erwiesen. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt MoNaLISA zielt auf die Erforschung der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie ab, die eine hochauflösende und auf Einzelmolekülen basierende Analyse ermöglicht. Mithilfe eines innovativen Mikroskops, mit dem neuronale Organellen und Proteinen aufgezeichnet werden können, werden die Forschenden das Problem der Aufnahmegeschwindigkeit lösen. Mit diesem Projekt wird ein neues Paradigma für die schnelle und quantitative Nanobildgebung in den Biowissenschaften eingeführt.

Ziel

Synaptic function is difficult to analyze in living neurons using conventional optics, since the synaptic organelles and protein clusters are small and tightly spaced. The solution to this problem can come from the field of super-resolution fluorescence microscopy, or nanoscopy. However, the current approaches to nanoscopy are still far from reaching this goal. Single molecule-based approaches (including STORM and PALM) provide high spatial resolution, but slow recording, insufficient for live imaging. Ensemble approaches (including SSIM and STED) are able to record faster, but with poorer resolution or with high, potentially toxic, laser powers. It is currently impossible to image the same neuron for hours and days, with both high spatial (~30 nm) and temporal (10-1000 Hz) resolution, and with minimal photodamage. My aim is to fill this gap, by developing, for the first time, a microscope that combines the advantages of both single molecule-based and ensemble approaches. I will base the microscope on RESOLFT, a low-photodamage ensemble approach that I have pioneered recently. I will use line patterns to speed up the recording and 2photon-switching for 3D ability. I will combine this with sensitive detection schemes that allow single-molecule detection and counting, relying on my previous expertise with PALM and GSDIM. The new set-up, termed molecular nanoscale long-term imaging with sequential acquisition (MoNaLISA), will track neuronal organelles and proteins on different time scales, spanning from milliseconds to days, with a resolution close to the molecular scale. To obtain the first proof-of-principle results, I will address several issues still open in the synaptic transmission field, relating to synaptic vesicle recycling, biogenesis and degradation. Overall, my project will introduce a novel paradigm to imaging in the life sciences, which will enable fast and quantitative nano-imaging of cells and tissues.

Finanzierungsplan

ERC-STG - Starting Grant

Gastgebende Einrichtung

KUNGLIGA TEKNISKA HOEGSKOLAN
Netto-EU-Beitrag
€ 1 725 000,00
Adresse
BRINELLVAGEN 8
100 44 Stockholm
Schweden

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Region
Östra Sverige Stockholm Stockholms län
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 1 725 000,00

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