Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit "gewöhnlichen" Fluoreszenzfarbstoffen lebende Zellverbünde nanoskopisch untersuchen

07.07.2009
Heidelberger Wissenschaftler realisiert Lokalisationsmikroskopie mit grün leuchtendem Protein

Ein hochleistungsfähiges Instrument zur Erforschung zellulärer Vorgänge haben Wissenschaftler der Universität Heidelberg entwickelt: Ihr weltweit schnellstes Nanolichtmikroskop zur 3D-Zellanalyse nutzt dabei ein neues Verfahren der Lokalisationsmikroskopie, die Spectral Precision Distance Microscopy (SPDM):

Damit können mehrere lebende Zellen gleichzeitig mit ge­wöhnlichen, in den Labors sehr gut etablierten Fluoreszenzfarbstoffen wie dem Green Fluorescent Protein (GFP) im molekularen Detail untersucht werden. "Bis­her war die lichtoptische Nanoskopie nur mit speziellen schaltbaren Leuchtmolekülen unter hohem Aufwand möglich", betont Prof. Dr. Dr. Christoph Cremer vom Kirchhoff-Institut für Physik.

In der hochauflösenden Nanolichtmikroskopie kommt fluoreszierenden Farbstoffen eine zentrale Rolle zu. Um in der "Dämmerung" der Zelle einzelne benachbarte Moleküle zu lokalisieren und getrennt sichtbar zu machen, müssen sie mit einem zeitlich veränderbaren Lichtsignal versehen werden. Dies geschieht bislang durch die Zugabe von speziell hergestellten Fluoreszenzmolekülen, die durch Licht in geeigneter Weise an- und abgeschaltet werden. Wie aktuelle Forschungen von Prof. Cremer gezeigt haben, kann dieses Schalten unter bestimmten photophysikalischen Bedingungen auch für viele ganz "gewöhnliche" Farbstoffe realisiert werden.

Möglich wird dies durch sogenanntes reversibles Bleichen der Fluoreszenzfarbstoffe. Nach Angaben des Wissenschaftlers sind in den biomedizinischen Labors weltweit bereits Millionen von Genkonstrukten mit Farbstoffen aus der GFP-Gruppe vorhanden und wären für diese Lokalisationsmikroskopie unmittelbar einsetzbar.

Der Heidelberger Forscher und sein Team erweitern mit ihrer Lokalisationsmikroskopie SPDM die Möglichkeiten des von ihnen entwickelten Nanoskops Vertico SMI, das einen extremen Weitfeldblick mit einer außerordentlichen Nanometergenauigkeit verbindet: Damit lassen sich nicht nur große Zellareale, sondern auch Zellverbünde unter Verwendung sichtbaren Laserlichts zweidimensional mit einer Auflösung von bis hinunter zu zehn Nanometer untersuchen. Eine hohe Aufnahmegeschwindigkeit ermöglicht erstmals Nanoaufnahmen ganzer - auch lebender - Zellen in 3D mit einer Auflösung von bis zu 40 Nanometer in Echtzeit.

Eine hohe Dichte an sichtbaren Molekülen ist von Bedeutung, um zum Beispiel Molekülansammlungen als Orte verstärkter Aktivität zu erkennen. Mit dem von Prof. Cremer entwickelten Nanoskopieverfahren können in einem großen Gesichtsfeld mehrere Millionen Einzelmoleküle eines bestimmten Typs lokalisiert und innerhalb von 30 Sekunden mit bis zu 2.000 Einzelbildern - ausreichend für eine Gesamtaufnahme - erfasst werden. Die hohe Aufnahmegeschwindigkeit erlaubt es, extrem nah zusammenliegende Moleküle an Nanostrukturen sogar in lebenden Zellen zu beobachten. Mit der Erweiterung der SPDM zur Mehrfarben-Co-Lokalisationsmikroskopie lassen sich zwei verschiedene Protein-Typen mit gängigen Fluoreszenzmolekülen beispielsweise aus der GFP-Gruppe markieren und durch unterschiedliche Licht-Wellenlängen aufspüren. Dadurch können, so Prof. Cremer, genauere Informatio­nen über mögliche Interaktionen von einzelnen, lokalisierten Proteinmolekülen in Nanostrukturen gewonnen werden als mit dem üblicherweise eingesetzten Untersuchungsverfahren des Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET).

Anwendungsgebiete für Nanoskop und Lokalisationsmikroskopie liegen in der pharmazeutischen, zellbiolo­gischen, medizinischen und biophysikalischen Forschung - überall dort, wo Molekulare Bildgebung ("Molecular Imaging") auf der zellulären Ebene angestrebt wird. Derzeit werden sie in Kooperationsprojekten in den Bereichen Pharmakologie, Kardiologie und der Stammzellforschung eingesetzt. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind Untersuchungen zur Interaktion von Viren und Zellen, die aufgrund ihrer geringen Größe nicht mit herkömmlichen Lichtmikroskopen zu erfassen sind, sowie die Erforschung altersbedingter neurologischer Degenerationserscheinungen und die Krebsforschung. Durch die Positionsbestimmung einzelner Moleküle lassen sich zum Beispiel neue Erkenntnisse über die Regulation und die Aktivitäten von Genen und Proteinen oder zu Veränderungen zellulärer Nanostrukturen gewinnen. Weitere Einsatzbereiche sind unter anderem die Materialforschung, die Qualitätskontrolle von Nanobeschichtungen, die Schadensanalyse von Bruchstellen oder die Detektion kleinster Stoffmengen in der Umweltforschung.

Das Patentportfolio für die Nanoskopie-Technologie samt Anwendungen wird vom Technologie-Lizenz-Büro in Karlsruhe verwertet.

Informationen im Internet sind unter http://www.kip.uni-heidelberg.de/AG_Cremer abrufbar.

Kontakt:
Prof. Dr. Dr. Christoph Cremer
Kirchhoff-Institut für Physik
Telefon 06221 54-9252
http://www.kip.uni-heidelberg.de/AG_Cremer
Allgemeine Rückfragen von Journalisten bitte an:
Universität Heidelberg
Kommunikation und Marketing
Dr. Michael Schwarz, Pressesprecher
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de
Irene Thewalt
Tel. 06221 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Dr. Michael Schwarz | idw
Weitere Informationen:
http://www.kip.uni-heidelberg.de/AG_Cremer
http://www.uni-heidelberg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zebras: Immer der Erinnerung nach
24.05.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

nachricht Wichtiges Regulator-Gen für die Bildung der Herzklappen entdeckt
24.05.2017 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten