Arbeitsgebiete
Lebensnahe Abbildung von vitalen Zellen und Geweben bis in den makro-molekularen Bereich mittels "Systemischer Kryo-Elektronenmikroskopie"
Hauptziel der "Systemischen Kryo-Elektronenmikroskopie" ist die Abbildung und Analyse von Lebendstrukturen bis in molekulare Größenordnungen, inklusive der punktgenauen Lokalisation von Einzelmolekülen innerhalb der intakten Biomatrix. Basis der lebensnahen Erhaltung der zellulären Ultrastruktur ist ein genau aufeinander abgestimmtes und ineinander greifendes System von a) Spezial-Biopsietechniken für Gewebe, b) neu entwickelten 3D-Mikro-Kultivierungsverfahren für Zellen, c) Nanofiltrationsverfahren für Suspensionen und d) struktur- und antigen-erhaltenden Kryotechniken. Dieser systemische Ansatz soll den Informationsverlust der vitalen Biomatrix - mit der wir Experimente durchführen - bis zu ihrer hochauflösenden Abbildung im Elektronenmikroskop (EM) auf ein Minimum reduzieren, trotz vieler notwendiger EM-Präparationsschritte. Diese Schritte führten bei den bisherigen konventionellen EM-Präparationen zu erheblichen Struktur- und damit Informationsverlusten.
Ultrastrukturelle Analyse der Interaktion zellulärer und viraler Elemente in vivo und in vitro (Hepatitis, HIV) im Transmissionselektronenmikroskop
Basisprinzip dieses ultrastrukturellen Analyseansatzes ist der Einschluss und die Weiterkultivierung von biopsiertem Gewebematerial infizierter Tiere, infizierten Suspensionszellen oder zellulären 3D-Netzwerken in die transparente Filtermatrix von tubulären nanoporösen Zellulosecarbonat (CarboCell) Mikro-Containments, die sich ideal für die systemische Kryo-Elektronenmikroskopie eignen. Da kein zelluläres und virales Strukturelement, das größer als 5 kD ist, diese Filtermatrix (Ø=210 µm) verlassen kann, besteht die Möglichkeit, die Interaktion zellulärer und viraler Elemente, also die zelluläre Virusgenese in vivo-ähnlich innerhalb eines komplexen Systems in vitro abzubilden. Die Filtermatrix verhindert auch bei den Präparationsschritten für die EM jeglichen Strukturverlust. Das CarboCell-System ist ebenfalls für die Lichtmikroskopie geeignet (z.B. CLSM, Timelapse-Mikroskopie) und wird im Bereich der Wechselwirkungsanalyse von HI- und Hepatitisvirus eingesetzt.
3D-Analyse der Feinstruktur hydrierter Gewebe (z.B. Gehirntumore) im Envi-ronmental Scanning-Elektronenmikroskop (ESEM)
Menschliche Gehirntumore sind hochinvasiv und lassen sich oft schwer gegen gesundes Gehirngewebe abgrenzen. Die operative Entfernung von Hirntumoren wird normalerweise begleitet von der lichtmikroskopischen Analyse von Kryoschnitten. Diese und ähnliche Verfahren sind zeitaufwändig und von begrenzter Auflösung. Unsere Daten zeigen, dass hydriertes Gehirngewebe im ESEM schnell, mit einer Auflösung, die im Lichtmikroskop nicht erreichbar ist, zu dia-gnostischen Zwecken abgebildet werden kann. Das lediglich oberflächenfixierte Gewebe kann innerhalb kürzester Zeit (5-10 Minuten) bei hoher Tiefenschärfe in 3-D abgebildet werden. Das Material ist im ESEM in situ manipulierbar, was neue Perspektiven für mikroanatomische Untersuchungen vieler Gewebsarten eröffnet.
Analyse der Crosstalkmechanismen und dynamischen Wachstumscharakteristiken in 3D-Zellkulturen und Organoiden (Stammzellen, Tumorzellen)
Mit Hilfe des CarboCell Micro-Containment-Systems untersuchen wir innerhalb des geschlossenen 3D-Zellkultivierungssystems die Differenzierung von Knochenmarkszellen in somatische Zellen, die Entwicklung von 3D-Tumorzellnetzwerken und den Aufbau organähnlicher Strukturen in zeitaufgelösten Einzelschritten. Das regulative zelluläre Informationsnetzwerk, inklusive der Crosstalkelemente, kann – auf der Basis der "Systemischen Kryo-Elektronenmikroskopie"- problemlos in situ abgebildet und ultrastrukturell analysiert werden.
Abteilungen & Forschungsgruppen
Elektronenmikroskopie
Leiter
Dr. Heinrich Hohenberg
Martinistraße 52
20251 Hamburg
Tel.: 040/48051-251
