3D-Nano-Life-Cell

Erarbeitung der Grundlagen für eine dreidimensionale Lebendzell-Nanoskopie

Räumliche Einblicke in lebende Zellen

Die Entwicklung der hochauflösenden Mikroskopie jenseits der Abbe‘schen Beugungsgrenze hat eine Revolution in der Mikroskopie ausgelöst. Diese Revolution – die Überwindung einer 150 Jahre alten Grenze – ist weitaus fundamentaler als die Revolution Anfang der 90er Jahre mit dem Aufkommen der konfokalen Mikroskopie. 2014 wurde der Nobelpreis für die Entwicklung der hochauflösenden Mikroskopie an Stefan W. Hell und zwei US-amerikanische Kollegen vergeben. Bisherige Verfahren sind aber aufgrund der sehr hohen Lichtbelastungen für die Lebendzellanwendungen in 3D ungeeignet. Ziel des Projektverbundes, dem insbesondere auch Prof. Hells Abteilung am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie angehört, hat sich zum Ziel gesetzt, sowohl die STED- als auch die RESOLFT-Methode – beides in Göttingen entwickelte Methoden – mit der Lichtblatt-Mikroskopie zu kombinieren und damit die Grundlagen für ein dreidimensional hochauflösendes Mikroskop für Lebendzellanwendungen bereit zu stellen. Die Kombination von STED und RESOLFT im Protected-STED-Verfahren mit einer selektiven Lichtblattbeleuchtung wird die Lichtbelastung der Probe trotz hoher räumlicher Auflösung gering halten. Der Nutzen einer solchen Messmethode kann für die biologische Forschung nicht hoch genug eingeschätzt werden. Lebende Zellen mit einer Auflösung von 25 bis 50 nm in 3D abzubilden würde den Forschern weltweit neue Möglichkeiten z. B. bei Untersuchungen in der Neurophysiologie und in Hirngeweben zur Verfügung stellen.

Schonende Lichtmikroskopie auf molekularer Ebene

Der Lösungsansatz in diesem Projekt ist die Erforschung des besten Zusammenspiels von drei verschiedenen Methoden: (i) STED-Mikroskopie mit der aktuell höchsten Auflösungskraft; (ii) RESOLFT Mikroskopie mit der geringsten benötigten Lichtmenge zur Erreichung von Auflösungen unterhalb der Beugungsgrenze sowie (iii) die Lichtblattmikroskopie zur Beschränkung der benötigten Beleuchtung auf die Messebene in der Probe. Im Zusammenspiel der Methoden ist es möglich, eine hochauflösende Methode zu entwickeln, die mit sehr geringen Lichtdosen auskommt und eine 3D-Auflösungskraft unterhalb der Beugungsgrenze hat. Das ideale Ziel ist eine Auflösung von 25 nm in allen drei Raumrichtungen mit so geringer Lichtdosis und -intensität zu erreichen, dass lebende Zellen untersucht werden können. Der Partner Abberior GmbH und die Abteilung von Prof. Hell haben das Ziel, neue Marker in Form von synthetischen Molekülen und schaltbaren Proteinen zu entwickeln. Jede Verbesserung des Schalters übersetzt sich direkt in eine Verbesserung der Auflösung und/oder des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses. Abberior Instruments GmbH würde den Verbund leiten und hat sich innerhalb weniger Jahre zum technologischen Vorreiter in der STED- und der RE-SOLFT-Mikroskopie entwickelt. Damit ist es den Verbundpartnern möglich, Forschungsergebnisse direkt in die kommerzielle Umsetzung zu führen und Arbeitsplätze in Deutschland zu sichern.

Ansprechpartner

Dr.Thomas Sandrock
+49 211 6214-443

Projektdetails

Koordinator

Dr.Gerald Donnert
Abberior Instruments GmbH
Hans-Adolf-Krebs-Weg 1, 37077Göttingen
+49 551 30724-170

Projektvolumen

3,56 Mio. € (ca. 65% Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.02.2017 - 31.07.2020

Projektpartner

Abberior Instruments GmbHGöttingen
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie - Abt. NanoBiophotonikGöttingen
Abberior GmbHGöttingen