Höchstauflösendes Super-Lichtmikroskop für Uni Ulm

Das weltweit dritte kommerzielle 4Pi-Fluoreszenzmikroskop hat seinen Betrieb an der Universität Ulm aufgenommen. Es wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Großgeräteinitiative „Highlight2004“ gefördert und Professor Gerd Ulrich Nienhaus von der Abteilung Biophysik für die Erforschung molekularer Prozesse in lebenden Zellen zur Verfügung gestellt.

Das Verständnis der molekularen Grundlagen der Lebensprozesse ist essentiell, um die Entstehung von Krankheiten besser zu verstehen, früher zu diagnostizieren und zielgerichtet zu therapieren. Nach der Identifizierung der molekularen Bausteine des Lebens rückt gegenwärtig das komplexe Zusammenspiel dieser Bausteine im lebenden Organismus ins Zentrum der lebenswissenschaftlichen Forschung. Dazu ist es erforderlich, in lebende Zellen hineinsehen zu können, ohne deren Funktion nennenswert zu beeinträchtigen. Dem seit Jahrhunderten bekannten Lichtmikroskop kommt hierbei eine zentrale Rolle zu. Allerdings reicht das Auflösungsvermögen des konventionellen Mikroskops nicht aus, um auch feinste Strukturen im Innern der Zelle sichtbar zu machen.

Mit dem neuen konfokalen 4Pi-Fluoreszenzmikroskop können Wissenschaftler nun bei der Untersuchung von lebenden Zellen in Dimensionen vordringen, die bislang der Elektronenmikroskopie vorbehalten waren. In der Tat können Strukturen bis zu einer minimalen Größe von 100 Nanometern aufgelöst werden (ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter). Diese Höchstauflösung entspricht in etwa einem tausendstel eines Haardurchmessers. Sie wird erzielt mit Hilfe des 4Pi-Abbildungsverfahrens in Kombination mit ultra-kurzen Laserblitzen, schnellen Scannern, und ultrasensitiven Lichtquantenzählwerken. Bei der 4Pi-Technologie werden zwei Objektive eingesetzt, die das Untersuchungsobjekt einschließen. Dadurch wird fast das gesamte, vom Objekt ausgesandte Licht gesammelt und bei der Abbildung genutzt. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat insgesamt vier dieser Super-Mikroskope (Stückpreis 1 Mio. Euro) angeschafft, um grundlagenorientierte Forschungsvorhaben an Kompetenzzentren für Lichtmikroskopie zu fördern. Eines der Mikroskope wurde Prof. Dr. Gerd Ulrich Nienhaus und seiner Arbeitsgruppe in der Abteilung Biophysik der Universität Ulm zur Verfügung gestellt. Bislang steht dieses moderne Verfahren ansonsten nur in Heidelberg, Göttingen und Münster zur Verfügung. Vorgestellt und offiziell übergeben wurde das 4Pi-Mikroskop dieser Tage im Rahmen einer Veranstaltung mit dem Titel „4Pi-Mikroskopie: Live Cell Imaging mit Höchstauflösung“.

Das 4Pi-Fluoreszenzmikroskop wird in einer Vielzahl von Forschungsprojekten in den Naturwissenschaften und der Medizin eingesetzt. In der Tat sind Wissenschaftler aus allen vier Sonderforschungsbereichen der Universität Ulm beteiligt. Die Forschungsthemen umfassen unter anderem Untersuchungen zur bakteriellen Zelldifferenzierung, Struktur und Plastizität von Synapsen neuronaler Zellen, Rezeptoraktivierung und intrazelluläre Signaltransduktionsprozesse sowie mechanistische Aspekte bakterieller und viraler Infektionen. Außerdem wird das Mikroskop bei der Entwicklung neuartiger Fluoreszenzsonden (fluoreszente Proteine, Quantenpunkte) eingesetzt. Das neue Instrument leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Vernetzung der naturwissenschaftlichen und medizinischen Fakultäten und bildet einen Fokus für eine Schwerpunktbildung auf dem Gebiet des „live cell imaging“, einem hochaktuellen Gebiet der lebenswissenschaftlichen Forschung.