Projektbeschreibung
Nanoskopische In-vivo-Bildgebung ohne Markierung
Die jüngsten Fortschritte im Bereich der optischen Bildgebung ermöglichen eine Auflösung im nanoskopischen Maßstab, welche die Möglichkeit zur Identifizierung einzelner Moleküle in biologischen Proben geben. Bislang wurde die hochauflösende Nanoskopie durch die Markierung der Biomoleküle mit fluoreszierenden Markern erreicht, die deren Eigenschaften ändern, wodurch sie mitunter ungeeignet für medizinische Anwendungen werden. Das EU-finanzierte Projekt SPECIPHIC führt einen völlig neuen Ansatz für die markerfreie nanoskopische Bildgebung unter Verwendung des optischen Brechungsindexes als molekularen Sensor ein. Das Projekt basiert auf der Beobachtung, dass Informationen zur Phase, Intensität und Polarisation mit einer bislang unerreichten Empfindlichkeit und einer Bildgebungsauflösung, die gleichwertig zur herkömmlichen Bildgebung mit fluoreszierenden Markern ist, quantitativ erfasst werden können. Die Umsetzung dieser Technologie wird den Zugang zu nanoskopischen Analysen innerhalb intakter lebender biologischer Proben ermöglichen.
Ziel
Optical microscopy has undergone a revolution that now allows us to access molecular resolution (“nanoscopy”) with the identification of specific biomolecules within biological samples. Nanoscopy has become a key approach to decipher the function of living matter since biomolecules are the elementary building blocks. While being a major tool, high-resolution and specificity can only be achieved by tagging the molecules of interest with fluorescent probes, which inevitably alters the samples, making them improper for medical applications including regenerative medicine. The leading dogmas being that (i) nanoscopy cannot be achieved without labelling and (ii) no specific signature from molecules can be retrieved without energy exchange with the sample (e.g. absorption by probes, molecular vibrational interaction).
I propose a complete change of paradigm by introducing label-free nanoscopic imaging using the optical refractive index as a molecular sensor. My ground-breaking approach will be based on our pioneering work which demonstrates that phase, intensity and polarisation information can be quantitatively retrieved with unprecedented sensitivity and with an imaging resolution equivalent to regular imaging with fluorescent probes. I will re-forge this into a single-shot imaging technique capable of beating the optical resolution limit to access nanoscale resolutions, even deep inside living unmodified biological samples. Specific molecular information will be untangled through machine learning algorithms. SPECIPHIC will give birth to the first label-free molecular specific imaging with nanoscale resolution in pristine living biological tissues.
The applicability of my concept will be demonstrated in this ERC starting project with applications in regenerative medicine and oncology, impacting thus directly important societal questions. My new approach will impact many other fields, in the biomedical world first but also in physics and for nanomaterial engineering.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomolecules
- social sciencespolitical sciencespolitical transitionsrevolutions
- natural sciencesphysical sciencesopticsmicroscopy
- medical and health sciencesclinical medicineoncology
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligencemachine learning
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
75794 Paris
Frankreich