Kareem Elsayad: Aufdeckung einer verborgenen Welt dynamischer Strukturen mit Hilfe hochauflösender optischer Mikrospektroskopie: biologische und medizinische Implikationen

Exner Lectures 2023 – Kareem Elsayad (MedUni Wien)

Das Aufkommen der Superauflösungsmikroskopie und der Expansionsmikroskopie hat neue Wege in den Biowissenschaften eröffnet, da sie es ermöglichen, eine zuvor unsichtbare molekulare Landschaft im Nanomaßstab in komplexen biologischen Systemen in 3D umfassend zu kartieren. Die Kenntnis der Architektur biologischer Strukturen auf diesen Skalen ist nicht nur für das Verständnis biologischer Prozesse, sondern auch für das Verständnis verschiedener Pathologien unerlässlich, was wiederum zu deren Behandlung führen kann.

Während die Struktur im Nanomaßstab und die damit verbundene molekulare Zusammensetzung uns viel sagen können, hängt ihre Funktionalität letztlich auch von den damit verbundenen physikalischen und mechanischen Eigenschaften ab, die von der Interaktion zwischen allen Molekülen in einem bestimmten Volumen abhängen und mit solchen Ansätzen nur schwer zu ermitteln sind. Ich werde hier über einige unserer Arbeiten sprechen, die wir zuerst am Vienna Biocenter und jetzt an der Medizinischen Universität Wien durchgeführt haben und bei denen wir optische Mikrospektroskopieansätze entwickelt haben, die uns Einblick in einige dieser Eigenschaften geben. Ich werde mich speziell auf wellenlängen- und zeitaufgelöste Mikrospektroskopieansätze konzentrieren, die im Wesentlichen das natürliche “Wackeln” von Molekülen nutzen, um uns Informationen über die mikroskopische Elastizität und Viskosität in einer Probe in 3D, die Art der molekularen Wechselwirkungen und in bestimmten Fällen Einblicke in den Phasenzustand des Materials zu geben. Ich werde darüber sprechen, was wir aus solchen Messungen anhand mehrerer Beispiele in Zellen und Gewebe lernen können, sowie über Fälle, in denen sie sich für die medizinische Prognose und Diagnostik als nützlich erweisen können. Schließlich werde ich darauf eingehen, wie wir planen, diese mit anatomischen Informationen und Studien von Strukturen im Nanobereich, die mit anderen Mikroskopietechniken gewonnen wurden, zu kombinieren, um letztendlich physiologische Prozesse zu modellieren.