Beschaffung eines konfokalen Laser Scanning Mikroskop CHC

Die Departments Translationale Forschung und Kardiovaskuläre Genetik sowie die Arbeitsgruppe Zelluläre Elektrophysiologie am Deutschen Zentrum für Herzinsuffizienz (DZHI) des Universitätsklinikums Würzburg (UKW) widmen sich der Erforschung der zellulären Pathomechanismen und genetischen Grundlagen der kontraktilen, elektrophysiologischen und metabolischen Dysregulation bei Herzinsuffizienz und anderen erworbenen und hereditären Herzerkrankungen. Von zentraler Bedeutung ist hierbei die Untersuchung des zellulären Ca2+-Stoffwechsels, dessen präzise Regulation entscheidend für einen regelrechten Ablauf der elektromechanischen Kopplung und der damit verknüpften Anpassung des mitochondrialen Metabolismus ist. Diesbezüglich besteht am DZHI eine langjährige Erfahrung in der Isolation vitaler Kardiomyozyten, die einem breiten Portfolio von mikroskopischen Messmethoden zugeführt werden können. Diese umfassen bisher ausschließlich Epifluoreszenz-Mikroskope, an denen mithilfe von Photomultipliern die Gesamtzell-Fluoreszenz verschiedener Farbstoffe analysiert werden kann, gekoppelt mit elektrischer Feldstimulation, Patch-Clamp-Technologie und/oder Einzelzell-Kraft-Messung. Ein zentraler Defekt bei Herzinsuffizienz ist, dass die Ca2+ Speicher der Herzmuskelzellen, das sarkoplasmatische Retikulum (SR), eine verringerte Ca2+ Beladung aufweisen, was (neben verringerter SR Ca2+ ATPase Aktivität) u.a. durch ein „Leck“ für Ca2+ an seinen Ca2+-Freisetzungskanälen, den Ryanodin Rezeptoren 2 (RyR2), erklärt wird. Ein solches Ca2+ Leck der RyR2 ermöglicht spontane Ca2+ Freisetzungsereignisse aus dem SR (sog. Ca2+ sparks), die als wichtige Trigger für Arrhythmien gelten. Die fluoreszenzmikroskopische Erfassung von Ca2+-Sparks während der „Ruhephase“ der Zelle (der sog. Diastole) mittels Ca2+-sensitiver Fluoreszenzfarbstoffe ist somit eine Schlüssel-Methode zur Bestimmung der Öffnungswahrscheinlichkeit der RyR2 und des damit verbundenen proarrhythmischen Potentials in Herzmuskelzellen und erfordert eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung sowie auf Grund der geringen räumlichen Ausdehnung der Ca2+-Sparks innerhalb des Zytosols die isolierte Betrachtung einer eng umschriebenen Fokusebene. Diese Anforderungen lassen sich mit herkömmlicher Epifluoreszenzmikroskopie nicht abbilden, sondern erfordern den Einsatz eines konfokalen Laser Scanning Mikroskops (CLSM). Moderne Resonanzscanner sowie neu entwickelte Flächendetektorsysteme (image scanning microscopy) erlauben dabei hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeiten bei gleichzeitig verbesserter Lichtausbeute und räumlicher Auflösung, was eine wichtige Voraussetzung für Experimente an lebenden Zellen darstellt. Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld der CLSM liegt in der (immun-)histologischen Untersuchung von Myokardproben, isolierten adulten Kardiomyozyten sowie aus induzierten, pluripotenten Stammzellen gewonnenen Kardiomyozyten (iPSC-CM) mittels fluoreszenzmarkierter Antikörper. Dies erlaubt die präzise Bestimmung der Expression, subzellulären Lokalisation und Interaktion von Schüsselproteinen des Ca2+-Stoffwechsels und des kardiomyozytären Metabolismus. Die unter Anwendung der CLSM geplanten grundlagenwissenschaftlichen Projekte haben das Ziel, neue potentielle Therapiemechanismen zur Verbesserung der myokardialen Kontraktilität und Behandlung kardialer Arrhythmien aufzuzeigen.