Opis projektu
Nowatorskie narzędzia do obrazowania optycznego pozwolą na badanie żywych tkanek
W naukach przyrodniczych nieustannie trwają prace nad opracowaniem bezinwazyjnej metody oceny właściwości mechanicznych żywych komórek z rozdzielczością czasowo-przestrzenną porównywalną z mikroskopią fluorescencyjną. Niedawno opracowana technologia elastografii optycznej nazywana spektroskopią Brillouina pozwala na badanie lepkosprężystości materiałów z ograniczoną dyfrakcją w 3D, jednak ma szereg wad w postaci niskiej szybkości działania, wysokiej fototoksyczności oraz trudności w kwantyfikacji. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu Brillouin4Life, którego celem jest rozwiązanie powyższych problemów, opracowane zostaną wyjątkowe i innowacyjne rozwiązania obrazowania optycznego oparte na nowym rodzaju spektroskopii. Celem nowych wynalazków jest maksymalizacja szybkości, rozdzielczości oraz głębokość penetracji tkanki, a także obniżenie uszkodzeń spowodowanych światłem. Rezultatem projektu będzie wypozycjonowanie spektroskopii Brillouina jako rewolucyjnego narzędzia do prowadzenia badań biofizycznych żywych tkanek i komórek.
Cel
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).
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-COG - Consolidator GrantInstytucja przyjmująca
69117 Heidelberg
Niemcy