ScreeningSTED
Automatisierte STED-Nanoskopie für zellbiologische Hochdurchsatzanalysen
Hochauflösende Mikroskopie für neue Wirkstoffe in Medizin und Landwirtschaft
Aufgrund der wachsenden und älter werdenden Weltbevölkerung besteht ein erhöhter Bedarf für eine ausreichende und qualitativ hochwertige Nahrungsmittelversorgung sowie für neue verbesserte Medikamente.
Steigende Entwicklungskosten landwirtschaftlicher und pharmazeutischer Wirkstoffe erfordern eine genaue Untersuchung deren Wirksamkeit zu einem möglichst frühen Zeitpunkt in der Produktentwicklung. Dabei gilt es, möglichst viele Substanzen in möglichst kurzer Zeit zu untersuchen. Nur so lässt sich der Aufwand zum Auffinden neuer Substanzen verringern. Für die Untersuchung neuer Substanzen kommen vermehrt automatisierte Lichtmikroskope zum Einsatz. Diese können die erforderlichen Messwerte schnell und in großer Menge (Hochdurchsatz) aufnehmen. Die Bildgebung der bisher genutzten Mikroskope ist jedoch für kleinste Strukturen unzureichend. Daher ist die exakte Erfassung der Wirkweise neuer Wirkstoffe mit diesen Mikroskopen nur sehr begrenzt möglich. Hier setzen die Arbeiten der Verbundpartner an.
Die hochauflösende Lichtmikroskopie zur Erforschung neuer Wirkmechanismen
Das hier erforschte Mikroskop ermöglicht es, den Aufbau und die Funktionen lebender Zellen und komplexer Gewebe mit einer bisher nicht erreichten Genauigkeit und Geschwindigkeit darzustellen.
Die STED (STimulated Emission Depletion) Technologie beruht darauf, dass die zu untersuchenden Zellen mit einem speziellen (leuchtenden) Farbstoff angefärbt und mit zwei unterschiedlichen Lasern zu verschiedenen Zeitpunkten bestrahlt werden. Mit dem ersten Laser wird, ähnlich einem herkömmlichen Mikroskop, ein in der Regel kreisrunder Bereich der Probe bestrahlt. In diesem Bereich wird der Farbstoff sozusagen angeschaltet, sodass die Probe leuchtet. Anschließend werden die Ränder des Kreises ringförmig mit dem zweiten Laser bestrahlt und mit diesem praktisch wieder ausgeschaltet. Als Folge dessen leuchtet nur noch der interessierende innere Bereich des Kreises. Da dieser nun nicht mehr von den Randbereichen überstrahlt wird, lassen sich feine Strukturen und komplizierte Vorgänge sichtbar machen (Hochauflösung), die mit herkömmlichen Mikroskopen nicht erkennbar sind.
Aufgrund fehlender Automatisierung ist der Einsatz solcher hochauflösenden Mikroskope jedoch bisher nicht für die Testung neuer Wirkstoffe geeignet, da man die Proben nicht mit der in der Pharmaindustrie erforderlichen hohen Geschwindigkeit (Hochdurchsatz) untersuchen kann. Im Rahmen des Verbundprojektes wird daher ein hochleistungsfähiges automatisiertes schnelles STED-Mikroskop erforscht. Neben der Automatisierung des Mikroskops sind hierzu auch neue Verfahren zur automatisierten Bildaufnahme und -auswertung erforderlich, die ebenfalls untersucht werden.
Die Entwicklung des neuen Mikroskopsystems wird dem stetig wachsenden Bedarf an genauen Hochdurchsatzuntersuchungen Rechnung tragen. Dies erlaubt die schnelle und zielgenaue Entwicklung neuer Medikamente und die Bereitstellung neuer Wirkstoffe für die Landwirtschaft.
