MOlecular DIAgnostic of brain disease mutations in human embryonic stem cell derived 2D- and 3D-neuronal cultures, using intracellular naNOparticle tracking, synapse naNOscopy, and microcircuit calcium imaging (MoDiaNo) - Teilvorhaben: High-speed horizontales 2-Photonen Laser Scanning Mikroskop für 3D-Kulturen

In der Vergangenheit konnten bereits bestimmte genetische Mutationen als Ursache für Schizophrenie, Autismus und neuronale Erkrankungen (Erkrankungen des Nervensystems) identifiziert werden. Dennoch ist wenig über die Effekte bekannt, die diese Mutationen auf die Funktionen von Zellen haben. Ziel dieses Verbundprojektes ist es deshalb, mit Hilfe neuartiger Untersuchungsmethoden (Screenings) den Effekt von Mutationen auf die Funktion von Nerven- und Herzmuskelzellen zu verstehen und zu vergleichen, um Erkenntnisse für Prävention, Früherkennung und Diagnose von neuronalen und Herzerkrankungen zu erhalten. Die neuartigen Screenings basieren auf der innovativen horizontalen 2-Photonen Mikroskopie (H-2PLSM), die in diesem Teilvorhaben erforscht wird und Nanoskopie (Mikroskopie-Technologie mit besonders hoher Auflösung), die erarbeitet und auf die spezifischen Anforderungen dieser Anwendung zugeschnitten werden. Weitere Grundlage sind Nanodiamanten, die erforscht, hergestellt, charakterisiert und so funktionalisiert werden, dass sie gezielt innerhalb von Nerven- und Herzmuskelzellen lokalisiert werden können und den intrazellulären Transport (innerhalb der Zellen) visualisieren. Mit Screening 1 wird mittels H-2PLSM die elektrische Aktivität von Herzzellen in 3D-Gewebemodellen (Organoiden) gemessen, um abnormale Verbindungen zu detektieren. Mit Screening 2 wird mittels hochauflösender Einzelmolekül-Mikroskopie nach strukturellen Defekten in 2D neuronalen Kulturen gesucht. In Screening 3 wird unter Verwendung der funktionalisierten Nanodiamanten nach beeinträchtigtem intrazellulärem Transport in 2D/3D Zellkulturen gesucht.