Hochaufgelöster dreidimensionaler Blick in die lebende Zelle

BMBF-Verbundprojekt nanoSPIM entwickelt Verfahren mit frei einstellbarem Lichtblatt zur schonenden Langzeit-Fluoreszenzmikroskopie lebender Zellen und Zellverbände.
Bildcollage aus zwei mit einem  Lichtblattmikroskop aufgenommenen Zellbildern und einem im unteren Bildbereich dargestellen, schematisch Aufbau.

Hochaufgelöste in vivo Zweifarben-Abbildung einer Zellebene mittels dSTORM. Zusätzlich ist schematisch der experimentelle Aufbau der schonenden hochauflösenden Lichtblattmikroskopie gezeigt. © Prof. Sauer, Universität Würzburg

20.03.13

BMBF-Verbundprojekt nanoSPIM

Neue hochauflösende Verfahren der Fluoreszenzmikroskopie (Nanoskopie) erreichen eine nahezu molekulare Auflösung und haben uns erstmals Einblicke in zelluläre Strukturen und deren Organisation mit bisher ungeahnter Schärfe erlaubt.

Leider können die Verfahren nicht zur hochaufgelösten Rekonstruktion ganzer Zellen und Zellverbände (Gewebe) eingesetzt werden und sind zudem bis auf wenige Ausnahmen auf fixierte Zellen beschränkt, da sie mit vergleichsweise hohen Laserenergien die gesamte Probe, d.h. auch außerhalb des abgebildeten Bereichs, anregen.

Die klassische Lichtblattmikroskopie (SPIM: Single Plane Illumination Microscopy) verwendet ein senkrecht zur Detektion, von der Seite eingekoppeltes Lichtblatt zur Anregung eines axial begrenzten Bereichs um die Photoschädigung auf den angeregten Bereich zu begrenzen und erlaubt so die Beobachtung wichtiger entwicklungsbiologischer Prozesse in lebenden Organismen.

Bisher ist jedoch keines der gegenwärtigen Verfahren zum hochaufgelösten Imaging einzelner lebender Zellen und Zellverbände mit molekularer Auflösung geeignet, da Streueffekte an den Glasoberflächen adhärent wachsender Zellen ein axiales Sectioning mit Hilfe des Lichtblattes erschweren.

Der vom
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Verbund nanoSPIM (Nano Single Plane Illumination Microscopy: Schonende hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie lebender Zellen mit frei einstellbarem Lichtblatt) erforscht die wissenschaftlich-technischen Grundlagen für eine erfolgreiche industrielle Umsetzung und konkurrenzfähige Einführung einer neuen, in bestehende Fluoreszenzmikroskope integrierbaren Technik zur schonenden hochauflösenden Langzeit-Fluoreszenzmikroskopie lebender Zellen und Zellverbände.

Durch die Anregung mit einem frei einstellbaren Lichtblatt wird die Photoschädigung drastisch reduziert und ermöglicht damit erstmals die Abbildung lebender Zellen und Zellverbände, die 3D immobilisiert sind und nicht auf einer Glasoberfläche wachsen, über längere Zeiträume mit bisher ungeahnter Auflösung und erlaubt durch das Sectioning die 3D-Rekonstruktion ganzer Zellen mit nahezu molekularer Auflösung. Damit kann erstmals quantitative Information über die Anzahl und Verteilung verschiedener Proteine in lebenden Zellen erhalten werden.

Durch die komplementäre Expertise der Kooperationspartner Carl Zeiss Microscopy GmbH, ibidi GmbH und der AG Sauer (Universität Würzburg) besitzt der Verbund alle notwendigen Vorrausetzungen eine integrierbare Plattform für die schonende einzelmolekülempfindliche Lebendzell-Fluoreszenz-Mikroskopie mit bisher unerreichter axialer und lateraler Auflösung zu realisieren.


nanoSPIM eröffnet nicht nur der Zell- und Entwicklungsbiologie, sondern auch der Stammzellforschung sowie der biomedizinischen und pharmazeutischen Forschung neue Horizonte zum hochaufgelösten Langzeitstudium lebender Zellen und Zellverbände. Die schonende Lichtblattmikroskopie mit molekularer Auflösung stellt die Schlüsseltechnologie für die zukünftige internationale Wettbewerbsfähigkeit des Wirtschaftsstandorts Deutschland auf dem Gebiet der hochaufgelösten Mikroskopie dar.

Der Verbund nanoSPIM wird vom BMBF im Rahmen der
Biophotonik-InitiativeUltrasensitiver Nachweis und Manipulation von Zellen bzw. Geweben und ihren molekularen Bestandteilen“ mit 1,74 Millionen Euro gefördert. Der Verbund ist im Februar 2013 gestartet und wird voraussichtlich Ende Januar 2016 abgeschlossen sein.

Weitere Informationen

Download Steckbrief BMBF-Verbundprojekt nanoSPIM

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