Optische Fallen mit Epifluoreszenz-Mikroskopie und Mikrofluidik
Unsere Forschung zielt auf das Verständnis von Intermediärfilamente ab. Sie sind Teil des sogenannten Zytoskeletts, eines Biopolymer-Netzwerkes, das sich in alle Säugerzellen findet und stabilisierende mechanische Aufgaben für die Zelle übernimmt – ähnlich zu einem Knochenskelett, jedoch auf viel kleinerer Längenskala und wesentlich dynamischer.
Zum Ausbau der Spitzenforschung im Rahmen dieses Projektes wurde ein neues Gerät mit der finanziellen Unterstützung durch REACT-EU angeschafft: eine vierfach-optische Falle, kombiniert mit Epifluoreszenz-Mikroskopie und Mikrofluidik. Das Gerät kombiniert also drei innovative biophysikalische Methoden: optische Fallen dienen dazu, Mikrometer-große Partikel mit Laserlicht einzufangen und Nanometer-genau zu bewegen. Gleichzeitig können anhand der Verschiebung der Partikel aus dem Fokus des Lasers Kräfte im Bereich von Piconewton gemessen werden. Optische Fallen sind daher das ideale Werkzeug um genau die Kräfte, die in biologischen Systemen relevant sind, auf genau den Längenskalen, die hier eine Rolle spielen, präzise zu messen. Die Epifluoreszenz-Mikroskopie wird dafür eingesetzt, das zu untersuchende System mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung abzubilden. Das ermöglicht eine ausgesprochen gute Kontrolle über die Messungen, da während der Messung „zugesehen“ werden kann, bietet aber auch weitere strukturelle Informationen, die sich aus den Fluoreszenzbildern ergeben und die mit den Kraftmessungen korreliert werden können. Die Mikrofluidik schließlich wird eingesetzt, um eine möglichst kontrollierte Probenumgebung zu schaffen: die Messungen an den Biomolekülen können in verschiedenen Pufferbedingungen, die zum Beispiel die physiologische Situation gut imitieren, durchgeführt werden, oder es können bestimmte Reagenzien/Wirkstoffe/Medikamente zugeführt werden, die eine Rolle in der Krankheitsbekämpfung spielen. In der Kombination sind diese drei Methoden umso mächtiger, da sie eine sehr gezielte, quantitative Untersuchung biomolekularer Prozesse erlauben und Aufschluss über Zusammenhänge von molekularer Struktur und mechanischen Eigenschaften und damit schließlich Hinweise auf die biologische Funktion geben.
