Die Kryomikroskopie erlaubt es, die Struktur von Proteinen und Zellen im schockgefrorenen Zustand mit nahezu atomarer Auflösung zu untersuchen. Dies trägt dazu bei, sowohl die natürliche Funktion als auch krankhafte Veränderungen besser zu verstehen. Trotz der rasanten Entwicklung auf dem Gebiet bleibt ein Großteil des Potenzials der Mikroskopie bei kryogener Temperatur aufgrund von Einschränkungen bei der Probenvorbereitung bis heute ungenutzt. Ein Grund dafür ist, dass sich die Technologien zur Herstellung vitrifizierter Proben seit den 1960er Jahren nur inkrementell weiterentwickelt haben. Insbesondere können existierende Vitrifizierungstechnologien nicht mit hochentwickelten lichtmikroskopischen Verfahren zur Beobachtung lebender Zellen kombiniert werden. Zweitens steckt die Kryomikroskopie mit Licht noch in den Kinderschuhen. Dabei ist gerade die Synergie von Licht- und Elektronen-Kryomikroskopie (CLEM – correlative light and electron microscopy) besonders attraktiv. Neue Technologien für die ultraschnelle Erwärmung und Abkühlung einzelner Zellen werden darüber hinaus auch benötigt, um unser Verständnis der Reversibilität bei der Kryokonservierung von z. B. Stammzellen, Eizellen oder Spermien systematisch zu verbessern.
Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer mikrofluidischen Technologieplattform für die direkte Vitrifikation von Zellen im Lichtmikroskop durch ultraschnelle Kühlung mit einer Zeitauflösung von wenigen Millisekunden. Die Zellen werden dann mit Hilfe der Elektronenmikroskopie und fortschrittlicher Methoden der Lichtmikroskopie in Kombination mit neuen, an die kryogenen Bedingungen angepassten Optiken hochauflösend abgebildet. Unser Ziel ist dabei herauszufinden, ob und unter welchen Bedingungen die Kryofixierung durch ultraschnelle Erwärmung rückgängig gemacht werden kann, so dass dynamische zelluläre Prozesse ungestört wieder aufgenommen werden.
Wir erwarten, dass die Ergebnisse dieses Projekts dazu beitragen, neue Erkenntnisse über die strukturellen und molekularen Grundlagen dynamischer Prozesse in Zellen zu gewinnen. Das Verständnis dieser Zusammenhänge ist ein wichtiger Schritt, um die Ursachen vieler Krankheiten zu erkennen und wirksame Therapien zu entwickeln.
