Neue Einblicke in den Nanokosmos der Zellen

Mit Licht können Wissenschaftler das komplexe Zusammenspiel einzelner Moleküle in lebenden Zellen untersuchen und sonst verborgene biochemische Abläufe sichtbar machen ohne sie dabei zu stören. Um einzelne Bausteine und komplexe Prozesse in lebenden Zellen präzise darstellen zu können, erforscht Christian Eggeling hochauflösende Bildgebungsmethoden.

„Wir kombinieren räumlich extrem hochauflösende Techniken basierend auf Fluoreszenzmikroskopie mit Methoden, die es uns ermöglichen die Bewegung markierter Moleküle in Echtzeit zu verfolgen. Damit können wir einzelne Moleküle, die zum Beispiel Bestandteil von Zellmembranen sind, in der lebenden Zelle räumlich und zeitlich untersuchen. So werden zelluläre Mechanismen auf molekularer Ebene enthüllt, die für bisherige Untersuchungsmethoden viel zu schnell abliefen,“ beschreibt Eggeling die Vorteile der neuen Bildgebungsverfahren.

Die Fluoreszenzmikroskopie ist in der biologischen und medizinischen Forschung weit verbreitetet. Zur Untersuchung biologischen Proben markieren Forscher die Zellen und Gewebe mit organischen Farbstoffen oder fluoreszierenden Proteinen. Wird die Probe mit Licht bestrahlt, leuchten die Marker auf und liefern so eine Vielzahl an Informationen über das Material.

Obwohl die konventionelle Fluoreszenzmikroskopie in den vergangenen Jahrzehnten maßgeblich zur besseren Darstellung zellulären Strukturen und zum Verständnis biologischer Abläufe beigetragen hat, sind die Anwendungsfelder durch das begrenzte Auflösungsvermögen beschränkt. Details, die dichter als etwa 200 Nanometer nebeneinander liegen, können nicht mehr unterschieden werden.

Um diese fundamentale räumliche Auflösungsgrenze unterschreiten zu können, erforscht Christian Eggeling seit mehreren Jahren neue Fluoreszenzmikroskopiemethoden. „Vor allem die STED-Mikroskopie hat in der biologischen und medizinischen Grundlagenforschung an Bedeutung gewonnen. Bei der Technik wird die spontane Emission der Fluoreszenzfarbstoffe in der Probe durch einen zweiten ringförmigen Lichtstrahl „ausgeschaltet“.

Was bleibt, ist ein nur wenige Nanometer großer leuchtender Punkt, der die Detailschärfe des Bilds bestimmt,“ beschreibt der Physiker den Trick mit dem er die natürliche Auflösungsgrenze umgeht. Bereits am Göttinger Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie forschte Eggeling in der Gruppe von Stefan W. Hell an der Entwicklung neuer hochauflösender Fluoreszenzmikroskopietechniken. Stefan Hell erhielt dafür zusammen mit Eric Betzig und William E. Moerner im Jahr 2014 den Nobelpreis für Chemie.

In Jena plant Christian Eggeling in enger Zusammenarbeit mit Biologen und Medizinern die Fluoreszenzmikroskopiemethoden vor allem für die Untersuchung von Rezeptoren in der zellulären Plasmamembran zu optimieren. Durch die Kombination hochauflösender Verfahren mit anderen Bildgebungsmethoden möchte er zudem neue biomedizinische Anwendungsfelder erschließen.

Jürgen Popp, Wissenschaftlicher Direktor des Leibniz-IPHT und Professor für Physikalische Chemie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena, betont den Gewinn des renommierten Wissenschaftlers für den Wissenschaftsstandort Jena: „Die hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie ergänzt die am Leibniz-IPHT und der Universität etablierten Bildgebungstechniken hervorragend und eröffnet neue Anwendungen in der optisch-medizinischen Diagnostik und der biologischen Grundlagenlagenforschung.“

— Über Christian Eggeling —

Christian Eggeling studierte Physik in Hamburg und Göttingen, wo er 1996 am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie seine Diplomarbeit über die Photostabilität von Farbstoffen für die Einzelmolekül-Fluoreszenzdetektion abschloss. Nach einem einjährigen Forschungsaufenthalt am Stockholmer Karolinska Institute in Schweden kehrte er zur Promotion ans Max-Planck-Institut in Göttingen zurück. In der Gruppe von Dr. Claus Seidel und Prof. Jürgen Troe forschte er auf dem Gebiet der mehrdimensionalen Einzelmolekül-Fluoreszenzspektroskopie. Nach seiner Promotion wechselte Eggeling im Jahr 2000 zunächst in die Wirtschaft. In der Firma Evotec OAI AG in Hamburg arbeitete er drei Jahre lang an Fluoreszenzmikroskopie- und Fluoreszenzspektroskopietechniken für das Hochdurchsatz-Medikamenten-Screening, bevor es ihn zurück ans Göttinger Max-Planck-Institut zog. Dort forschte der Physiker bis 2012 in der Gruppe um den Nobelpreisträger Stefan W. Hell an neuen hochauflösenden Bildgebungsmethoden. Bevor er nach Jena kam, war Christian Eggeling Arbeitsgruppenleiter am Weatherall Institute of Molecular Medicine der Universität Oxford und wissenschaftlicher Leiter des dortigen Wolfson Imaging Centre Oxford. Die bestehende Arbeitsgruppe in England, führt er im Rahmen einer Nebentätigkeit weiter.

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