Forscher verbessern 3D-Auflösung


Mit ihrem neu entwickelten Fluoreszenzmikroskop erreichten die Forscher eine Auflösung von unter 45 Nanometern in allen drei Raumrichtungen.

Mit dem neuen "Nanoskop" lassen sich selbst solche Proteine untersuchen, die tief im Inneren von Zell-Organellen wie Mitochondrien - den Kraftwerken der Zelle - verborgen sind.

Für Einblicke in die Nanowelt ist die herkömmliche Lichtmikroskopie nicht scharf genug. Wegen der Wellennatur des Lichts und der damit verbundenen Beugungsgrenze schien die Auflösung der Lichtmikroskopie an einer scheinbar unüberwindbaren Grenze angelangt, die mit 200 bis 300 Nanometern etwa der halben Wellenlänge des Lichts entspricht.

Mit zwei neu entwickelten Fluoreszenz-Mikroskopen, dem 4Pi- Mikroskop und dem STED-(Stimulated Emission Depletion)-Mikroskop, steigerten Stefan Hell und seine Mitarbeiter die Auflösung der Lichtmikroskopie. Während das 4Pi-Mikroskop bereits eine Auflösung von 100 bis 200 Nanometern in 3D erlaubt, ist das STED- Mikroskop noch schärfer; Details von bis zu 20-30 Nanometern lassen sich damit beobachten. Allerdings erreichte man diese Auflösung bisher nur in zwei Raumrichtungen, nicht aber in der Tiefe. Dem Forscherteam um Stefan Hell und Alexander Egner war das noch bei weitem nicht scharf genug. Durch Kombinieren der 4Pi- und der STED-Mikroskopie gelang es den Wissenschaftlern nun, die Vorteile beider Methoden zu vereinen. Sie verkleinerten den angeregten Bereich einer Probe (den fokalen Fleck) auf eine Kugel mit einem Durchmesser von unter 45 Nanometern und erreichten damit eine Auflösung in 3D.

Was das neue "Nanoskop" sichtbar macht, ist für den Laien auf den ersten Blick wenig spektakulär. Doch mit geübtem Blick lassen sich hier Mitochondrien innerhalb einer intakten Zelle erkennen, in deren äußerer Membran TOM20-Proteine eingebaut sind. Die Kraftwerke selbst sind im Durchmesser nur etwa 200 bis 400 Nanometer groß. In ihr Inneres zu blicken oder ihre beiden Membranen im Mikroskop zu erkennen, ohne die Zelle dabei zu zerstören, war bisher nicht möglich.

Die Methode lässt sich auch auf mehrere Farbkanäle ausweiten. So konnten die Wissenschaftler durch Verwendung eines zweiten Farbstoffs neben den TOM20-Proteinen gleichzeitig auch Proteine sichtbar machen, die sich im tief im Inneren der Mitochondrien verbergen.

"Mit der bis zu 10-fach verbesserten Auflösung gegenüber herkömmlichen Mikroskopen ist die Technik noch bei weitem nicht ausgereizt. Prinzipiell lässt sich der fokale Fleck noch beliebig verkleinern", erklärt Alexander Egner. "Außerdem wird es zukünftig möglich sein, die Methode mit schnellen Aufnahmetechniken zu kombinieren, um die Vorgänge im Inneren lebender Zellen in 3D zu filmen", so Egner. Die Forscher versprechen sich davon wichtige neue Erkenntnisse in der Gesundheitsforschung für die Entwicklung alternativer Therapieformen und Medikamente.

COMPAMED.de; Quelle: Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie