Forschung

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Arbeitsgruppe Biophotonik 2011

Prof. Dr. Herbert  Schneckenburger leitet eine Arbeitsgruppe auf dem Gebiet der Biophotonik mit derzeit 3 Doktoranden, 2 Postdoc-Wissenschaftlern und einer biologisch-technischen Assistentin. Er koordiniert das hochschulübergreifende Zentrum für angewandte Forschung ZAFH-PHOTON und leitet 3 weitere Drittmittelprojekte.

Zentrum für Angewandte Forschung ZAFH-PHOTON (Land Baden-Württemberg und Europäischer Fonds für die regionale Entwicklung der EU)

Photonische Verfahren werden in ihren metrologischen Dimensionen erweitert, um neue Anwendungsfelder zu erschließen. Sieben innovative Projekte werden in den beiden thematischen Schwerpunkten „Multidimensionale Mikroskopie“ und „Photonische Sensorik“ bearbeitet. Sie umfassen u.a. die Etablierung von tiefenauflösenden Methoden und multispektralem Imaging von 3D-Zellkulturen sowie die Erweiterung optischer 3D-Sensorsysteme zu Echtzeitsystemen und die Einführung neuer Methoden der nicht taktilen Fertigungsmesstechnik. In dem Zentrum arbeiten 6 Hochschulen für Angewandte Wissenschaften, und 2 Universitätsinstitute zusammen. Sie werden von industriellen Partnern kompetent beraten.

In der Arbeitsgruppe von Prof. Schneckenburger werden u.a. Projekte der tiefenauflösenden Mikroskopie (Totalreflexionsmikroskopie, Lichtscheibenmikroskopie, strukturierte Beleuchtung) entwickelt und vielseitig angewandt (u.a. für die Diagnostik von Tumoren und neurodegenerativen Erkrankungen). Darüber hinaus werden Methoden der Laser-Mikromanipulation auf mikrofluidische Systeme übertragen.

Beispielhaft ist im folgenden die Topologie von Zelloberflächen im Nanometerberich aufgezeigt, die mit tiefenauflösender Totalreflexionsmikroskopie aufgenommen wurde (Farbkodierung von weiß bis schwarz für Zell-Substrat-Abstände von 0 bis 600 nm). Man erkennt annähernd konstante Abstände von ca. 100 nm für Tumorzellen (U251-MG Glioblastomzellen, links) und stark variierende Abstände von 0 bis 300 nm für weniger bösartige Zellen (U251-MG mit Tumor-Suppressorgen TP53, rechts). Somit ergibt sich neben der Eigenfluoreszenz und der Lichtstreuung ein weiteres Unterscheidungskriterium zwischen Krebszellen und weniger malignen Zellen.

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Topologie von Zelloberflächen im Nanometerbereich

Beteiligte wissenschaftliche Mitarbeiter sind Dr. Thomas Bruns, Dr. Petra Weber und Michael Wagner

3D-Ratio-Imaging von Tumorzell-Sphäroiden (Land Baden-Württemberg)

Für die dreidimensionale Darstellung von Tumorzell-Sphäroiden wird ein innovativer Aufbau mit Lichtscheibenmikroskopie und Ratio Imaging im Nanosekundenbereich erstellt und zum Nachweis von Redox-Reaktionen in der Wirkstoffforschung genutzt.

Beteiligte wissenschaftliche Mitarbeiter sind Sarah Schickinger und Dr. Thomas Bruns. Partner ist das Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik (ILM) an der Universität Ulm.

 

Mikrostrukturanalyse im Gewebeverband (MISTRAL; Baden-Württemberg-Stiftung gGmbH)

Aus Streulichtmessungen an makroskopischen Gewebeproben sollen Informationen über deren Mikrostruktur gewonnen werden. Dies betrifft insbesondere subzelluläre Strukturen (z.B. Zellkerngröße) und Gewebearchitekturen sowie Veränderungen von Zellen und Geweben bei Nekrose oder Apoptose.

Beteiligte wissenschaftliche Mitarbeiterin ist Verena Richter. Partner ist das Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik (ILM) an der Universität Ulm.

 

2011 wurden folgende Projekte abgeschlossen:

- Markerfreie Mikroskopie (BMBF, FHProfunt)

- Markerfreie Mikroskopie für die Tumordiagnostik und Tumordifferenzierung (Aurami, Baden-Württemberg-Stiftung gGmbH)

 

Entwicklung, Optimierung und Test eines Moduls für die Lichtscheibenmikroskopie (ZIM-Projekt des BMWi)

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Moduls für die Lichtscheibenmikroskopie als Ergänzung bzw. Zubehör zu einem bestehenden konventionellen Mikroskop. Das Modul kann an inverse Mikroskope verschiedener Hersteller angebracht werden (Risiken s. später) und erlaubt - im Gegensatz zu einem eigenständigen Lichtscheibenmikroskop (s.u.) – eine Kombination mit herkömmlichen Methoden wie Durchlicht-, Fluoreszenz- oder Laser-Scanning-Mikroskopie. Es ist auf Untersuchungen biologischer Objekte und insbesondere auf die Nutzung dreidimensionaler Zell- und Gewebeproben ausgerichtet, die gegenwärtig in der Forschung sowie als experimentelle und klinische Testmodelle stark an Bedeutung gewinnen. Pharmazeutische Testsubstanzen wie Zytostatika oder zelluläre Marker können in kleinster Menge über ein Mikrofluidik-System zugeführt und ihre Reaktion im dreidimensionalen Modell beobachtet werden. Außerdem  können die Detektionskanäle eines konventionellen Mikroskops leicht für die Bilderfassung, Mikrospektralanalyse, Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM) und weitere innovative Messverfahren genutzt sowie handelsübliche Okulare für die visuelle Beobachtung eingesetzt werden.

Mitarbeiter im Vorhaben sind Dr. Thomas Bruns und Sarah Schickinger; industrieller Partner ist die J&M Analytik AG, Essingen.

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Prof. Dr. Herbert Schneckenburger

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G1 2.11