Projektbeschreibung
Neue optische Bildgebungsinstrumente zur Untersuchung lebendigen Gewebes
In den Biowissenschaften ist die nicht-invasive Beurteilung der mechanischen Eigenschaften lebendiger Zellen mit einer ähnlichen räumlich-zeitlichen Auflösung wie bei der Fluoreszenzmikroskopie noch immer eine Herausforderung. Trotz ihrer Fähigkeit, die viskoelastischen Eigenschaften von Materialien mit einer beugungsbegrenzten Auflösung in 3D zu sondieren, geht die kürzlich entwickelte Art optischer Elastographie namens Brillouin-Mikroskopie mit sehr geringen Geschwindigkeiten, einer hohen Phototoxizität und Schwierigkeiten bei der Quantifizierung einher. Um diese Nachteile zu überwinden, wird das EU-finanzierte Projekt Brillouin4Life einzigartige und innovative optische Bildgebungstechnologien auf Basis der Brillouin-Mikroskopie entwickeln. Diese neuartigen Technologien werden die Geschwindigkeit, die Auflösung und die Eindringtiefe maximieren und gleichzeitig die Lichtschäden minimieren. Das Projekt wird die Brillouin-Mikroskopie als revolutionäres Instrument zur Untersuchung lebendigen Gewebes und der zellulären Biophysik etablieren.
Ziel
A long-standing aim in the life sciences is to understand development and morphogenesis, i.e. how organismal shape is encoded by the genome and how cellular mechanics are involved in its execution. Lately, investigations have started to focus on the mechanical properties of the involved multicellular compartments, and the interwoven mechanical - molecular interactions at the cellular scale. While molecular components can routinely be visualized with fluorescence microscopy, assessing the mechanical properties of living cells with similar spatio-temporal resolution in a non-invasive fashion has long been an open challenge.
Recently, a new type of optical elastography, namely Brillouin microscopy (BM), has emerged as a non-destructive, label- and contact-free technique which can probe visco-elastic properties of materials with diffraction-limited resolution in 3D. Yet, despite ongoing improvements, virtually all current implementations suffer from very low speed, high phototoxicity, and difficulties in quantification, thus prohibiting meaningful investigations in the life sciences.
In this interdisciplinary proposal, my group will develop unique and innovative optical imaging technologies based on BM to overcome its current drawbacks and to establish it as a revolutionary tool for live tissue and cellular biophysics studies. In particular, we will work towards a highly-multiplexed BM with selective-plane illumination to maximize speed, resolution and depth penetration, while minimizing photodamage (Aim 1). At the same time, we will combine BM with other imaging modalities that will allow us to obtain correlative datasets and to accurately quantify the measured mechanical properties (Aim 2). We will then apply these methodological advancements together with fellow biologists to study the role of elasticity in tissue morphogenesis and self-organisation, thereby contributing to a better understanding of the role of biomechanics in developmental biology (Aim 3).
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
69117 Heidelberg
Deutschland