Einblicke in lebende Zellen in ungekannter Schärfe: "Nanolive"-Projekt entwickelt STED-Mikroskopie weiter

In der konventionellen Lichtmikroskopie, die heute breiten Einsatz in der biologischen und medizinischen Forschung findet, stellt das von Ernst Abbe 1873 formulierte Gesetz für die räumliche Auflösung eine physikalische Grenze dar, um Prozesse auf zellulärer Ebene zu beobachten.

Hell hat Wege gefunden, um diese Auflösungsgrenze von ca. 200 nm fundamental zu überwinden. Seine wegweisende Forschung wurde bereits vielfach ausgezeichnet, unter anderem mit dem Deutschen Zukunftspreis 2006. Eine technische Umsetzung der Erkenntnisse ist die STED-Mikroskopie (Stimulated Emission Depletion), die Auflösungen von unter 50 nm ermöglicht. Diese Technologie hat Hell gemeinsam mit Leica Microsystems, einem der weltweit führenden Hersteller von Lichtmikroskopen, bis zur Marktreife entwickelt. Sie erlaubt allerdings bisher nur die Untersuchung fixierter, d.h. toter Zellen.

Nun soll die Methode auf die Untersuchung lebender Zellen übertragen werden. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, haben das Göttinger Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie und Leica Microsystems das Verbundforschungsprojekt „Nanolive“ ins Leben gerufen. Weitere Projektpartner sind die Atto-Tec GmbH (Siegen), ein führender Hersteller von Fluoreszenzmarkern, und die STED-Nachwuchsgruppe am European Neuroscience Institute Göttingen (ENI-G) unter Leitung von Dr. Rizzoli.

Der Verbund will in den kommenden drei Jahren ein Funktionsmuster eines Lebendzell-STED-Mikroskops realisieren. Dazu werden instrumentelle Neuerungen, aber auch neue Fluoreszenzfarbstoffe und fluoreszierende Proteine als langlebige und hoch spezifische Marker erforscht. Die Technologie soll nicht nur hoch aufgelöste Einzelbilder, sondern auch schnelle Bildsequenzen aus lebenden Zellen liefern. So könnte man dynamische Prozesse innerhalb oder zwischen einzelnen Zellen abbilden und damit neue Erkenntnisse über Signalübertragung, Zellkommunikation, Transportvorgänge und Zelldifferenzierungen gewinnen.

Dies wollen die Wissenschaftler des ENI bereits im Projektverlauf am Beispiel der Signalübertragung durch Nervenzellen aufzeigen. Die hohe wissenschaftliche Relevanz lässt sich auch in wirtschaftlicher Dimension erfassen. So wird das Marktpotenzial für höchstauflösende Mikroskope auf ca. 70 Millionen US-Dollar geschätzt. Darüber hinaus gilt STED als eine Schlüsseltechnologie, die ganz neue Anwendungsfelder in der Biotechnologie und Medizin eröffnen wird.

„Wir freuen uns, mit leistungsfähigen Projektpartnern und der Unterstützung durch den Bund unsere Vision, die ultrascharfe Lichtmikroskopie lebender Zellen, vorantreiben zu können“, kommentiert Stefan Hell den Start des „Nanolive“-Projekts. Derartige Vorhaben zur Entwicklung optischer Lösungen für die Medizin fördert das Bundesforschungsministerium seit dem Jahr 2002 im Forschungsschwerpunkt Biophotonik – im vorliegenden Fall mit rund 2,3 Millionen Euro. Die beteiligten Unternehmen investieren zusätzlich etwa 1,5 Millionen Euro in das Projekt.

Ansprechpartner:

Dr. Hilmar Gugel
Leica Microsystems CMS GmbH, Mannheim
Tel.: 0621 7028 2301
Fax : 0621 7028 1028
Hilmar.Gugel@leica-microsystems.com
Dr. Marion Jürgens
Forschungsschwerpunkt Biophotonik
Öffentlichkeitsarbeit
Universität Jena, Institut für Physikalische Chemie
Tel: 03641/ 206 034, Fax: 03641/ 206 044
E-Mail: marion.juergens@uni-jena.de