Blick in die lebende Zelle

Mikrotubulingerüst einer Zelle links unten mit Beugungsbegrenzter Auflösung, rechts oben in die Super-Auflösung (Resolution) übergehend. (Quelle: Prof. Sauer, Uni Würzburg ).

25.01.12

Forschungsschwerpunkt Biophotonik / VDI Technologiezentrum GmbH

Licht hat das Potenzial, die Ursprünge von Krankheiten zu erkennen, ihnen vorzubeugen oder sie frühzeitig und schonend zu heilen. Mit Hochdruck arbeitet die Forschung an Methoden, die Ursachen für Krankheiten, wie beispielsweise Krebs, Infektionen, Alzheimer oder Allergien zu finden und deren Behandlung zu verbessern. Mit Licht gelingen Darstellungen von mikroskopisch kleinen Abläufen, etwa innerhalb von lebenden Zellen, in extrem kurzer Zeit und "berührungslos" - also ohne den Prozess zu stören oder zu beeinflussen. 

Ein hochaufgelöstes Imaging zellulärer Strukturen in lebenden Zellen erlaubt es erstmalig, die intrazelluläre Organisation und Kommunikation direkt und mit höchster Genauigkeit zu beobachten. Dynamische Interaktionen bis hin zu einzelnen Molekülen können so beobachtet werden. Diese Methoden sind damit in vielen Bereichen potenziell schneller und schonender als konventionelle Verfahren. 

3D Super Resolution: Dreidimensionale Mehrfarbenbilder von lebenden Zellen

Seit März 2011 erforscht der der Verbund „Integriertes Live Cell 3D Super-Resolution Imaging und Tracking (3D Super Resolution)“ Verfahren, die es erlauben, dreidimensionale Mehrfarbenbilder von lebenden Zellen mit einer hohen zeitlichen Auflösung aufzunehmen. 

Die Projektpartner Carl Zeiss MicroImaging GmbH, ATTO-TEC GmbH, ibidi GmbH sowie die Arbeitsgruppen von Prof. Philip Tinnefeld an der TU Braunschweig und Prof. Markus Sauer an der Universität Würzburg wollen in einem Gerät hochaufgelöste 3D Fluoreszenz-Tracking-Mikroskopie mit der Möglichkeit kombinieren, zelluläre Strukturen mit einer optischen Auflösung weit unterhalb der Beugungsgrenze (20-100 nm) in allen drei Raumrichtungen abzubilden. Zur Validierung der neuen hochauflösenden Mikroskopiemethode sind exakt definierte Referenzstrukturen im Nanometerbereich nötig. 

Erste Referenzstrukturen konnten bereits im ersten Jahr der Verbundlaufzeit bereitgestellt werden. Der Arbeitsgruppe von Prof. Tinnefeld entwickelt sogenanntes DNA-Origami. Die dreidimensional gefalteten DNA-Strukturen können gezielt mit Farbstoffen markiert werden. Sie stellen ein ideales Modelsystem für die Qualitätssicherung des Super-Resolution Imaging dar. 

Das Forscherteam um Prof. Sauer konnte in den letzten Monaten beweisen, dass auch hochsymmetrische biologische Strukturen, wie die Kernporen von Zellen, als Referenzstrukturen geeignet sind. Ihnen gelang es, die symmetrische Struktur sowie den zentralen Kernporenkanals mit einer optischen Auflösung von 15 nm mittels dSTORM (direct stochastic optical recontruction microscopy) darzustellen. Die Arbeiten sind zur Publikation im „Journal of Cell Science“ angenommen. Das neue und innovative Mikroskopieverfahren soll nicht nur in der Zellbiologie, sondern verstärkt in der biomedizinischen und pharmazeutischen Forschung eingesetzt werden.

Der Verbund „3D Super Resolution“ wird im Rahmen der Bekanntmachung „Optische Technologien in den Lebenswissenschaften - Grundlagen zellulärer Funktionen“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bis Ende Februar 2014 mit über 2,5 Millionen Euro gefördert.

Der Forschungsverbund „3D Super Resolution“ wird gemeinsam mit 20 weiteren BMBF-Verbünden des Forschungsschwerpunktes Biophotonik am 18. Juni 2012 in Jena die aktuellen Forschungsergebnisse präsentieren. Die Veranstaltung findet im Vorfeld des Internationalen Kongresses zur Biophotonik (ICOB) statt. Vom 19. bis 21. Juni gehen internationale Spitzenforscher sowie Vertreter aus Politik und Industrie der Frage nach „Was braucht es um in der Biophotonik nachhaltig erfolgreich zu sein?“.

Weitere Informationen
Steckbrief BMBF-Verbundprojekt „3D Super Resolution“
Internetseite Forschungsschwerpunkt Biophotonik