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Forschungsabteilung Biophysikalische Bildgebung

Um ein besseres Verständnis von lebender Materie wie Zellen zu erlangen, und damit besser Behandlungsmöglichkeiten bei Krankheiten zu entwickeln, müssen wir aufdecken wie Moleküle und Zellen miteinander interagieren. Vor allem, müssen wir die Physik dahinter ausdecken, d.h. die Biophysik. Um dies zu realisieren, vertrauen Wissenschaftler auf hochsensitive und nicht-invasive Analysemethoden wie zum Beispiele die Fernfeld-Fluoreszenz-Mikroskopie. Das Ziel der Abteilung Biophysikalische Bildgebung ist es, optimierte Beobachtungsmethoden bereitzustellen, um molekulare und zelluläre Interaktionen vor allem auf Membranen besser zu verstehen. Dafür lernen wir von den Limitationen existierender Techniken und wie wir diese überwinden können. Die Abteilung tut dies über mehrere zell-biologische und biomedizinische kollaborative Forschungsprojekte.

  

Gesamtziele

  • Bereitstellung optimierter zellulärer Beobachtungs-Techniken mit höchstmöglicher räumlicher und zeitlicher Auflösung und größtmöglichem komplementärem Informationsgewinn.
  • Lösen von biophysikalischen Fragestellungen in der Zell-Biologie wir das Mysterium von Libid-Nanodomänen oder –Rafts.
  • Entwicklung von forgeschrittenen Diagnose-Werkzeugen basierend auf der optischen Mikroskopie.
  • Optimierung von fortgeschrittener optische Mikroskopie für in-vivo Anwendungen.

Spezifische biophysikalische Technologien

  • Fortgeschrittene Fernfeld-Fluoreszen-Mikroskopie mit einem speziellen Fokus Aaud superauflösender Mikroskopie wie der STED Mikroskopie um molekulare und zelluläre Strukturierung dmit hohe räumlicher und zeitlicher Auflösung darzustellen.
  • Beobachtung von molekularen Diffusiondynamiken unter Einsatz von Einzelmolekül-Fluoreszenz-Spektroskopie Methoden wie der Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) und Einzelmolekül-Tracking. Besondere neue Werkzeuge sind hier STED-FCS (die Kombination von FCS und superauflösende STED Mikroskopie) und iSCAT- oder MINFLUX-basiertes Einzelmolekül-Tracking, um molekulare Diffusions- und Interaktions-Dynamiken mit höchstmöglicher räumlicher und zeitlicher Genauigkeit aufzulösen.
  • Einsatz von adaptiven oder anderen erweiterten Optiken um superauflösende Methoden wie die STED oder STED-FCS Mikroskopie tief in Geweben zu ermöglichen, oder von kombinierter Lichtblatt- und STED-FCS Mikroskopie für eine quasi-simultane Aufnahme von Dynamiken ganzer Zellen und einzelner Moleküle.
  • Korrelative Mikroskopie-Anwendungen wie die komplementäre Aufnahme von Fluoreszenz- und Kraft-Daten (z.B. optische Pinzetten, AFM, TFM).
  • Fortgeschrittene Daten-Analyse Methoden.

Spezifische biophysikalische Anwendungen

  • Untersuchung von molekularen Diffusions- und Interaktions-Dynamiken in Membranen wie von Lipiden und Rezeptoren und die Aufdeckung des Einflusses dieser Dynamiken auf Rezeptor-Funktionalität und zellulären Aktionen (Teilnahme Trans Regio 166 „ReceptorLight“ und SFB 1278 “PolyTarget”).
  • Einfluss von Membran-Lipiden und dem Aktin-Zytoskelett auf Rezeptor-Funktionalitäten.
  • Molekulare Anordnungen und Interaktionen im zellulären Zytosol, z.B. an Organellen wie Peroxisomen (Research unit 1905 ‘Structure and function of the peroxisomal translocon’).
  • Molekulare Umorganisierung in der Membrane von aktivierten Immun-Zellen und Einfluss von Membran-Lipiden auf diese Aktivierung (z.B. T-Zellen und Antigen-Präsentierende-Zellen) (Aktivitäten in der Oxford Untergruppe).
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