Forschung

Unsere Arbeitsgruppe besch?ftigt sich mit der Entwicklung, Charakterisierung und Anwendung von molekularen Werkzeugen für die hochpr?zise Fluoreszenzmikroskopie, insbesondere im Bereich der Super-Resolution Imaging Verfahren. Unser Ziel ist es, biologische Strukturen in ihrer funktionellen, zellul?ren Umgebung mit sub-10-nm Aufl?sung sichtbar zu machen – quantitativ, dynamisch und molekular exakt.

Biologisch-kompatible Pr?zisionslabelingstrategien

Ein zentrales Problem moderner Mikroskopie ist der Trade-off zwischen optischer Pr?zision und biologischer Relevanz: Die besten Farbstoffe sind meist synthetisch, aber schwierig zu platzieren; genetisch enkodierbare Labels sind pr?zise, aber optisch limitiert. Wir entwickeln und kombinieren Strategien, um diese Lücke zu schlie?en:

• Genetische Code-Expansion zur Inkorporation nicht-kanonischer Aminos?uren in definierte Positionen funktionaler Proteine.

• Bioorthogonale Klick-Chemie Reaktionen, insbesondere Tetrazin-Ligationen, die schnelle, fluorogene, zytokompatible Markierung erm?glichen.

• Peptid- und Enzym-Tags mit minimalem sterischem Einfluss, darunter HALO- und SNAP-tag-Varianten, die wir gezielt modifizieren

• Fluorophore mit optimierten photophysikalischen Eigenschaften – hohe Photostabilit?t, kontrollierbares Photoswitching und Fluorogenit?t

Durch diese Kombination k?nnen wir funktionserhaltendes, site-spezifisches Labeling in lebenden Zellen etablieren – mit minimalem Linkage Error, hoher Signalqualit?t und definierter St?chiometrie.

Molekulare Aufl?sung & Quantitative Super-Resolution Imaging

Die Abbildung molekularer Strukturen mit Aufl?sung jenseits der optischen Beugungsgrenze verlangt neben geeigneter Markierung auch methodische Innovation auf der Detektionsseite. Wir entwickeln und nutzen:

• Photoswitching-basierte Verfahren wie dSTORM und PAINT mit 1–5?nm Lokalisationspr?zision.

• Fingerprinting-Ans?tze zur Klassifizierung einzelner Moleküle auf Basis ihrer Schaltkinetik

• Molekulare Nanolineale, z.?B. auf Basis von PCNA oder DNA-Origamis, zur Kalibration und Validierung von Mikroskopen auf Sub-10-nm-Niveau.

• Quantitative Analysepipelines zur Bildsegmentierung, Lokalisationsstatistik und Vergleich funktioneller Proteinzust?nde.

Wir arbeiten daran, Imaging nicht nur ?scharfer“, sondern auch quantifizierbar und standardisierbar zu machen – bis auf die molekulare Ebene.

Translationale Anwendungen & molekulare Funktion

Unsere Verfahren erlauben nicht nur strukturelle Kartierung, sondern auch funktionelle Untersuchung dynamischer Protein-Protein-Interaktionen, Rezeptoraktivierungen und Signaltransduktion in zellul?ren Systemen. Aktuelle Anwendungsbeispiele:

• Rezeptordynamik & Aktivierung bei GPCRs

• Visualisierung von Pseudoviren und Infektionsmechanismen

• Analyse mitochondrialer Funktion und neuronaler Kommunikation in prim?ren Zellen und Gewebeschnitten

• Labeling schwieriger Zielproteine wie AMPA-, GluK-, NMDA- und GABA-Rezeptoren in neuronalen Kulturen

Unsere Expertise wird zunehmend auch für kollaborative Projekte im Bereich der translationalen Forschung und Wirkstoffentwicklung genutzt – etwa zur Visualisierung von Wirkstoffbindung, zur Identifikation therapeutisch relevanter Konformationszust?nde oder zur bildbasierten Charakterisierung von Pathomechanismen bei neuropsychiatrischen Erkrankungen.
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Perspektiven

Unsere Forschung integriert Chemie, Pharmazie, Optik, Zellbiologie und Strukturbiologie zu einem interdisziplin?ren Programm mit dem Ziel, die molekulare Architektur und Dynamik biologischer Systeme sichtbar zu machen – so pr?zise wie n?tig, so funktional wie m?glich.

Wir bauen derzeit an einer offenen Plattform für molekulare Bildgebung, in der Fluorophore, Tags, Mikroskopieprotokolle und Referenzstandards modular kombiniert werden k?nnen. {web_name}e Plattform soll zukünftig auch kollaborativ genutzt und erweitert werden – als Beitrag zu einer standardisierten, molekular validierten Bioimaging-Technologie für die Lebenswissenschaften.