Dieser Kurs bietet eine umfassende Einführung in die Grundlagen und praktischen Anwendungen der Licht- und Fluoreszenzmikroskopie in der biologischen Forschung. Die Studierenden erwerben sowohl theoretisches Wissen als auch praktisches Verständnis moderner Bildgebungsverfahren, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf deren Einsatz in aktuellen experimentellen Arbeitsabläufen liegt.
Ein wesentliches Merkmal des Kurses ist die einzigartige Gelegenheit, zu lernen und zu verstehen, wie fortgeschrittene Mikroskopieverfahren in realen Forschungsumgebungen angewendet werden. Der Schwerpunkt liegt auf der Versuchsplanung, der Bildaufnahme und der Datenauswertung, sodass die Studierenden die grundlegenden Konzepte verstehen, fluoreszenzbasierte Bildgebungsverfahren kritisch bewerten und in ihrer eigenen wissenschaftlichen Arbeit effektiv anwenden können.
• Einführung, Erläuterung der Kursanforderungen (wird nicht auf die Anwesenheitspflicht angerechnet)
• Meilensteine in der Entwicklung der Mikroskopietechniken. Optischer Strahlengang im Mikroskop: Vor- und Nachteile des inversen und des aufrechten Systems. Bildentstehung im Mikroskop, numerische Apertur und Auflösung.
• Bildentstehung im Mikroskop, numerische Apertur und Auflösung. Die Punktstreufunktion. Der Kondensor und die korrekte Köhler-Beleuchtung. Art und Auswahl der Objektive. Kontrastverstärkung in der optischen Mikroskopie: Phasenkontrast und DIC-Bildgebung. Praktische Anwendung und Grenzen der Hellfeldmikroskopie.
• Grundbegriffe der Fluoreszenzmikroskopie. Hauptmerkmale von Fluorochromen und fluoreszierenden Proteinen. Optische Marker – fluoreszierende Proteine: Photoaktivierung, Photokonversion und Photoswitching.
• Optische Elemente eines Fluoreszenzmikroskops: Filter, Fluoreszenzlichtquellen. Auswahl der richtigen Filter: Übersprechen und Durchbluten in der Fluoreszenzmikroskopie. Spektrale Bildgebung und lineare Entmischung.
• Optische Schnittmikroskopie I. Dekonvolution. Strukturierte Beleuchtungsmikroskopie (SIM). Prinzipien der Konfokalmikroskopie.
• Optische Schnittmikroskopie II. Punktabtastung und Spinning-Disc-Konfokalmikroskopie. Zwei- und Mehrphotonenmikroskopie. Lichtblattmikroskopie.
• Fluoreszenz-Live-Zell-Bildgebung. Technische und praktische Überlegungen sowie Einschränkungen. Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses bei der Live-Zell-Bildgebung. FRET-Mikroskopie: Untersuchung von Protein-Protein-Wechselwirkungen.
• Einsatz und Bedeutung fluoreszierender Biosensoren (Ca-Bildgebung, pH- und ionenselektive Messungen). Photoaktivierung und Photobleiche: FRAP, FLIM: Einsatz optischer Marker in der Mikroskopie. Anwendungen an lebenden Zellen und Auswertung der Daten.
• Superauflösung in der Fluoreszenzmikroskopie – die grundlegenden Konzepte. SR-SIM-, STED-, STORM- und PALM-Mikroskopie.
Am Ende des Kurses sind die Teilnehmenden in der Lage, die grundlegenden Prinzipien der Licht- und Fluoreszenzmikroskopie zu verstehen und anzuwenden sowie die Möglichkeiten und Grenzen der wichtigsten in der modernen biologischen Forschung eingesetzten Bildgebungsverfahren kritisch zu bewerten. Die Teilnehmenden sind in der Lage, geeignete Mikroskopietechniken für spezifische experimentelle Fragestellungen auszuwählen, fluoreszenzbasierte Bilddaten zu interpretieren und die praktischen Aspekte der Lebendzellbildgebung sowie fortgeschrittener Superauflösungsansätze zu erkennen.
Um den Kursinhalt vollständig nachvollziehen zu können, sind biologische Vorkenntnisse, wie beispielsweise ein Bachelor-Abschluss in Biologie oder einem verwandten Fachgebiet, erforderlich; Vorkenntnisse in Mikroskopie oder Physik sind jedoch nicht zwingend notwendig. Dieser Kurs wird insbesondere Studierenden empfohlen, die sich für die Anwendung von Licht- und Fluoreszenzmikroskopietechniken interessieren und deren Grundprinzipien verstehen möchten.
Der Kurs vermittelt ein praktisches Verständnis der Lichtmikroskopie-Methoden, das für die Konzeption und das Verständnis ihrer Anwendungen erforderlich ist. Online-Tutorial-Videos, Vorlesungsunterlagen und die interaktiven gGroup-Diskussionen unterstützen das aktive Lernen und fördern ein tieferes konzeptionelles Verständnis des Stoffes.
• Online-Tutorial-Seiten (siehe die in den Präsentationen angegebenen Links) wie iBiology
• Empfohlenes Lehrbuch: Sanderson: Understanding light microscopy, 2019, Wiley
• Vorlesungspräsentationen, einschließlich Links zur Homepage
Der Kurs verbindet Vorlesungen mit interaktiven Gruppenaktivitäten, um ein umfassendes Verständnis der molekularen und zellulären Aspekte der Funktionsweise von Neuronen und ihrer Anpassung an die Umgebung zu fördern. Jede Sitzung kombiniert passives und aktives Lernen in einem strukturierten Ansatz:
1. Vorbereitung auf die Vorlesung: Die Studierenden werden gebeten, Handouts und empfohlene Literatur im Vorfeld durchzuarbeiten, um eine engagiertere und effektivere Teilnahme zu ermöglichen. Diskussionsthemen werden im Voraus bereitgestellt, um sowohl die individuelle Vorbereitung als auch die Gruppendiskussionen zu unterstützen.
2. Vorlesungen: Kernkonzepte werden in hybriden Vorlesungen vermittelt (die in Teams aufgezeichnet werden). Wichtige Themen werden in Gruppendiskussionen (siehe nächster Punkt) eingeführt und anschließend in einer vom Dozenten geleiteten Vorlesungsübersicht zusammengefasst.
3. Gruppendiskussionen in Breakout-Räumen: Gemeinsame Diskussionen in Teams ermöglichen es den Studierenden, sich mit Kommilitonen auszutauschen, Fragen zu stellen und ihr Verständnis zu vertiefen; sie sind so strukturiert, dass eine aktive Beteiligung aller gefördert wird.
4. Ergänzende Online-Ressourcen: Lehrbücher, Vorlesungsaufzeichnungen und zusätzliche Materialien unterstützen das Lernen außerhalb des Unterrichts und bereiten die Studierenden auf die mündliche Prüfung vor.
Dieser auf Herausforderungen basierende, studierendenzentrierte und technologiegestützte Ansatz stellt sicher, dass die Studierenden sowohl theoretisches Wissen als auch praktische Einblicke erwerben und so auf weiterführendes Studium und Forschung vorbereitet werden. Gruppendiskussionen fördern übergreifende Kompetenzen und interkulturelles Lernen. Ein inklusives Umfeld wird durch gleichberechtigte Teilhabe, Unterstützungsmaterialien für unterschiedliche Lernstile und die Offenheit der Lehrenden für Feedback betont, wodurch ein einladender Raum geschaffen wird, in dem alle Studierenden von ihrer aktiven Teilnahme profitieren können.
Zeugnis