Projektbeschreibung
Nutzung der nichtlinearen inversen Streuung für eine beispiellose hochauflösende Bildgebung im Nanobereich
Die optische Nanoskopie ohne Fotobleichung und die photochemische Toxizität von Fluoreszenzmarkern, welche eine morphologische dreidimensionale Auflösung von weniger als 50 nm hat, stellt eine neue Möglichkeit in der Bildgebung für lebende Zellen dar. Das EU-finanzierte Projekt 3D-nanoMorph möchte durch eine nichtlineare inverse Streuung zwischen subzellulären Strukturen, zum Beispiel Organellen, eine isotrope dreidimensionale Auflösung von weniger als 50 nm erreichen. Dieses innovative Projektkonzept sieht komplementäre Rollen des Lichtmesssystems und des rechnergestützten Nanoskopie-Algorithmus vor. Im Rahmen der Pilotstudie soll die Autophagie von Organellen in lebenden Krebszellen über einen längeren Zeitraum mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung untersucht werden. Erweist sich die dreidimensionale Kartierung dieses nanoskaligen Prozesses als erfolgreich, wird sich die Nanoskopie von 3D-nanoMorph vielfältig einsetzen lassen.
Ziel
Label-free optical nanoscopy, free from photobleaching and photochemical toxicity of fluorescence labels and yielding 3D morphological resolution of <50 nm, is the future of live cell imaging. 3D-nanoMorph breaks the diffraction barrier and shifts the paradigm in label-free nanoscopy, providing isotropic 3D resolution of <50 nm. To achieve this, 3D-nanoMorph performs non-linear inverse scattering for the first time in nanoscopy and decodes scattering between sub-cellular structures (organelles).
3D-nanoMorph innovatively devises complementary roles of light measurement system and computational nanoscopy algorithm. A novel illumination system and a novel light collection system together enable measurement of only the most relevant intensity component and create a fresh perspective about label-free measurements. A new computational nanoscopy approach employs non-linear inverse scattering. Harnessing non-linear inverse scattering for resolution enhancement in nanoscopy opens new possibilities in label-free 3D nanoscopy.
I will apply 3D-nanoMorph to study organelle degradation (autophagy) in live cancer cells over extended duration with high spatial and temporal resolution, presently limited by the lack of high-resolution label-free 3D morphological nanoscopy. Successful 3D mapping of nanoscale biological process of autophagy will open new avenues for cancer treatment and showcase 3D-nanoMorph for wider applications.
My cross-disciplinary expertise of 14 years spanning inverse problems, electromagnetism, optical microscopy, integrated optics and live cell nanoscopy paves path for successful implementation of 3D-nanoMorph.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
9019 Tromso
Norwegen