Meetings

19.12.2008: Kickoff-Meeting in Gräfelfing (TILL Photonics)

05.11.2009: 1. Jahrestreffen in Gräfelfing (TILL Photonics)

28.04.2011: 2. Jahrestreffen in Linz (Johannes-Kepler-Universität)

Ergebnisse der ersten Projektperiode (01.12.2008 - 31.05.2010)

Lichtmikroskopie und Rasterkraftmikroskopie (AFM) sind komplementäre Techniken zur Untersuchung lebender Zellen. Mittels Licht-mikroskopie ist das Innere lebender Zellen zugänglich für die Beobachtung anhand von Fluoreszenzemission, und wenn Lichtmikro-skopie mit einer optischen Pinzette kombiniert wird können sogar in einer intakten Zelle molekulare Wechselwirkungen beobachtet werden. Im Gegensatz dazu liefert AFM eine hohe Auflösung der Topographie der Zelloberfläche im Nanometerbereich und erlaubt es, die mechanischen Wechselwirkungen von Membranbestandteilen zu untersuchen. Mit SMW sollen alle vorstellbaren Funktionen dieser komplementären Techniken in einem einheitlichen Single Molecule Workstation-Konzept integriert werden. Die zu entwickelnde Mikroskop-Hardware wird mit einer hoch intuitiven graphischen Benutzeroberfläche (GUI) kombiniert, die alle funktionellen Module des Systems integriert und Messprotokolle in Echtzeit und synchronisisert austauschen und kontrollieren kann. Die Anwendung dieses SMW-Geräts wird zu großen Fortschritten in den Lebenswissenschaften führen, indem sie neue Einblicke in die Molekularbiologie lebender Zellen und komplexe biochemische Prozesse hervorbringt, die bisher noch nicht zugänglich waren. 

Das Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung einer flexiblen, modularen und benutzerfreundlichen Arbeitsstation, die die drei wichtigsten mikroskopischen Techniken kombiniert: hochempfindliche inverse Lichtmikroskopie (ILM), Rasterkraftmikroskopie (AFM) zur Untersuchung der Zelltopographie und Molecular Recognition Imaging, Optische Pinzette (OT) zur Detektion sehr schwacher Kräfte und zusätzliche photothermale Nanospektroskopie (PTNS) zur chemischen Charakterisierung zellulären Materials. Diese technologischen Aufgaben werden von den KMUs und dem großen Industriepartner des Konsortiums bearbeitet. Auf einer zweiten Ebene wird das SMW-Instrument von den akademischen Partnern angewendet um die Zusammenhänge zwischen Struktur und Funktion lebender Zellen zu untersuchen anhand zweier exemplarischer Anwendungen in der molekularen Immunologie und Krebsforschung.

Das Projekt startete am 1. Dezember 2008. Während der ersten 18 Monate wurden beträchtliche Fortschritte erreicht. Nach dem konzeptionellen Entwurf des mechanischen, optischen und elektronischen Konzepts für die Kombination von AFM und ILM wurde ein erster Prototyp eines kombinierten AFM-ILM-Instruments gebaut und seine Funktionalität erfolgreich getestet. Desweiteren wurden die Voraussetzungen zur Integration von OT und PTNS in die SMW-Plattform bestimmt und in der Praxis bewertet. Parallel dazu wurden Konzepte für die kombinierte Software entwickelt und in einer funktionellen Version von Kombi-Software und GUI für Basis- und "Experten"-Protokolle implementiert. Die akademischen Partner etablierten entsprechende Testsysteme für die Anwendung der SMW-Plattform zur Untersuchung immunologischer Prozesse oder zur Krebserkennung und führten Experimente mit dem ersten Kombi-AFM-ILM-Prototyp durch.

Somit ist das SMW-Projekt in der ersten Periode erfolgreich gestartet. In der zweiten Periode soll die kombinierte AFM-ILM-Hardware sowie die entsprechende Kombi-Software kontinuierlich validiert und optimiert werden. Deshalb wird das Projekt in der nun folgenden zweiten Periode weiter in Richtung seiner Ziele voranschreiten.

Simultane Epi-Fluoreszenz-Mikroskopie und Topographie-AFM Imaging. Linke Spalte: Überlagerung von Fluoreszenz- und Topographie-AFM-Bildern. Die Scangröße betrug 100x100µm2 mit einem Höhenbereich von 0 bis 0.45µm für die linke Abbildung; die Scangröße betrug 100x100µm2 mit einem Höhenbereich von 0 bis 0.95µm for die linke Abbildung von hSGLT1-exprimierenden CHO Zellen. Rechte Spalte:   Right panel: Überlagerung von Fluoreszenz- und Topographie-AFM-Bildern. Die Scangröße betrug 100x100µm2 mit einem Höhenbereich von 0 bis 2.4µm für die linke Abbildung; die Scangröße betrug 60x60µm2 mit einem Höhenbereich von 0 bis 0.5µm für die rechte Abbildung (im Zoom-Bereich) von Rhodamin-Phalloidin-gefärbten MyEnd-Zellen (Abbildung aus Duman et al., 2010).