Nano-Argovia-Projekte – Funktionstest vor dem Schockfrieren

In dem Nano-Argovia-Projekt FuncEM entwickeln Forschende eine Erweiterung des cryoWrite-Systems, mit dem sich winzige Probenmengen verlustfrei schockgefrieren lassen, bevor sie dann mittels Kryo-Elektronenmikroskopie untersucht werden. Das geplante Ergänzungsmodul soll die Abbildung der «lebenden» Proben unter einem Lichtmikroskop unmittelbar vor dem Gefrierprozess ermöglichen und so relevante Information über die Funktionalität der untersuchten Strukturen liefern.

Nicolas Candia und Alejandro Lorca Mouliaà von cryoWrite arbeiten zusammen mit dem Nano-Argovia-Projektteam daran, die cryoWrite-Technologie weiterzuentwickeln.

Aufbereitung kleinster Probenmengen
Die Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) ist heute aus der biomedizinischen und der Grundlagenforschung nicht mehr wegzudenken. Sie erlaubt die detailgenaue, dreidimensionale Abbildung kleinster Strukturen in biologischen Proben.

Das junge Startup cryoWrite AG hat ein Probenvorbereitungssystem entwickelt, mit dem winzige Mengen des Probenmaterials blitzschnell und verlustfrei auf Temperaturen unter -150°C abgekühlt werden können. Das in der Probe enthaltene Wasser bildet dabei keine Kristalle, sondern geht in einen glasartigen Zustand über. Fachleute sprechen dabei von einer Vitrifikation. Die Moleküle in den Zellen bleiben dadurch intakt und lassen sich mithilfe der Kryo-EM genauestens untersuchen und in ihrer räumlichen Struktur abbilden.

Korrelation zwischen Struktur und Funktion
In zahlreichen Fällen wäre es wünschenswert an der lebenden Probe unmittelbar vor der Vitrifikation die Funktionalität der im Fokus stehenden Strukturen zu untersuchen, um Korrelationen zwischen Struktur und Funktion analysieren zu können.

Forschende der Universität Basel, des Paul Scherrer Instituts (PSI) und der Firma cryoWrite AG entwickeln und testen daher im Nano-Argovia-Projekt FuncEM ein Ergänzungsmodul des cryoWrite-Systems, das die Abbildung der dünnen Probenschicht unmittelbar vor der Vitrifikation durch Fluoreszenz- und Dunkelfeld-Lichtmikroskopie ermöglicht.

Unter Leitung von Dr. Thomas Braun vom Biozentrum fokussiert sich das interdisziplinäre Team dabei zunächst auf die Untersuchung von dünnen Flimmerhärchen. Diese sogenannten Zilien sind für die Bewegung eukaryotischer Zellen wichtig und spielen bei zahlreichen Krankheiten eine entscheidende Rolle.

Die Forschenden verwenden für ihre Analysen einen neu entwickelten Prototyp des cryoWrite-Systems, der licht- und fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen der Probe direkt auf dem Probenträger erlaubt. Die Probe befindet sich dabei in einer Umgebung, die das Überleben der Zellen gewährleistet und die Beweglichkeit der Zilien nicht einschränkt. Die Forschenden planen zudem ein Überwachungssystem einzurichten, das die Bewegung der Flimmerhärchen aufzeichnet. Diese Untersuchungen werden unmittelbar vor der Vitrifikation der Proben auf demselben Probenträger stattfinden und daher eine unmittelbare Verknüpfung von Funktion und ermittelter Struktur erlauben.

«Das Nano-Argovia-Programm bietet uns eine fantastische Gelegenheit unseren neuen Prototypen gemeinsam mit Spezialistinnen und Spezialisten vom Biozentrum und dem Paul Scherrer Institut weiterzuentwickeln und damit auf dem Markt bessere Chancen zu haben.»

Professor Dr. Andreas Engel, CEO bei cryoWrite AG

Weitere Informationen:

Nano-Argovia-Programm
https://www.nanoargovia.swiss

cryoWrite AG
https://opencorporates.com/companies/ch/1447480

Forschungsgruppe Thomas Braun
https://bit.ly/3kLY2TW

Paul Scherrer Institut
https://www.psi.ch/de