Zellen in Super-Auflösung darstellen

Dank neuesten Mikroskopie-Techniken können Wissenschaftler einzelne, lebende Zellen in Super-Auflösung jenseits der Abbe-Grenze darstellen.

Derzeit sind fluoreszenzmikroskopische Verfahren (PALM, STORM) und Superresolution Optical Fluctuation Imaging (SOFI) die Haupttechniken, um in bisher unerreichbare visuelle Dimensionen vorzudringen. Professor Theo Lasser, Leiter des Laboratoire d‘Optique Biomedicale an der Ecole Polytechnique Federale Lausanne, Schweiz, beschäftigt sich hauptsächlich mit der SOFI-Technologie. Er und sein Team nutzen die superauflösende Mikroskopie, um neue optische Methoden und Techniken für biologische und medizinische Anwendungen zu untersuchen.


Herr Lasser, was genau ist Ihr derzeitiger Forschungsschwerpunkt?

Das Laboratoire d‘Optique Biomédicale in Lausanne erforscht die optische funktionelle Bildgebung in den Biowissenschaften und der Medizin. Schwerpunkt ist dabei Mikroskopie in Super-Auflösung zur Darstellung von Zellen und Geweben. Wir beschäftigen uns außerdem mit der optischen Kohärenzmikroskopie und ihren verschiedenen medizinischen Anwendungen im Zusammenhang mit Krankheiten wie Diabetes und Alzheimer oder auch für die Bildgebung von Gehirnzellen. Außerdem entwickeln wir neue spektroskopische Konzepte für Medizin und Biowissenschaften.


Wie genau können Forscher die Super- Resolution-Mikroskopie nutzen?

Mit SOFI sehen wir Details, die wir noch nie zuvor darstellen konnten. Die Technologie verbessert die Auflösung enorm. Wissenschaftler können die gewonnenen Informationen für ihre Forschung nutzen. Erst 2014 wurden die drei Forscher Eric Betzig, Stefan W. Hell und William E. Moerner für die Überwindung des Auflösungslimits optischer Mikroskope mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Diese Reise setzen wir fort.


Können Sie beschreiben, wie Ihr neu entwickeltes optisches Instrument die Wellenlängen des Lichts voneinander trennt?

Hauptbestandteil dieses optischen Instruments ist ein patentiertes Prisma. Damit können wir acht Bilder aus einem bestimmten 3D-Objekt projizieren, die dank der einzigartigen Geometrie und Präzision des Prismas auf zwei Kameras abgebildet werden. Dies ermöglicht es uns, die Zell- oder Bakterienproben gleichzeitig in drei Dimensionen darzustellen.


Inwiefern spielt Glas eine Rolle bei der Realisation dieser Ziele?

Glas an sich spielt eine entscheidende Rolle. Doch es ist nicht nur das Glas allein. Vielmehr ist es eine Kombination aus der Herstellung des Prismas, das im Zentrum unseres Instruments angebracht ist, hoher Präzision und der Beschichtung. Mit seiner Geometrie und dem aufgebrachten Coating spaltet das Prisma das Bild mehrfach auf und lenkt das Licht aus acht axial unterschiedlichen Ebenen in der Probe auf vier benachbarte Bildfelder in den beiden Kameras.


Warum haben Sie sich für SCHOTT als Lieferanten entschieden?

Warum nicht? (lacht) Scherz beiseite, ich kenne das Werk und die Leute von SCHOTT in Yverdon-les-Bains gut, es ist nicht weit von Lausanne entfernt. Das ist sehr wichtig für mich, da solch präzises Design und enge Spezifikationen eine große Herausforderung für jede optische Fertigungslinie darstellen. Was ich brauche, sind Menschen, die die gleiche Sprache wie ich sprechen, und das habe ich in Yverdon gefunden. Wir haben uns mehrfach zusammengesetzt und die Anforderungen, die Fähigkeiten, physikalische Details und so weiter diskutiert. Am Ende hat alles gut funktioniert und ich bin glücklich mit dem Ergebnis.


Ein Blick in die Zukunft: Wie wird die Super- Resolution-Mikroskopie unser Leben verändern?

Super-Resolution-Mikroskope sind hervorragende Forschungsinstrumente für die Bereiche Biologie, Medizin oder Biowissenschaften. Aktuell forschen wir in den Gebieten Diabetes und Alzheimer. Es zeigte sich, dass Darmbakterien eine Rolle bei der Alzheimer-Erkrankung spielen. Heute können wir diese Bakterien – das Darm- Mikrobiom – anhand ihres DNA-Profils definieren. Mittels des Mikrobioms versuchen wir dann festzustellen, ob jemand ein erhöhtes Alzheimer-Risiko hat. Vor Jahren war es noch unvorstellbar, dass so etwas möglich sein könnte. Heute dauert das DNA-Auslesen des Mikrobioms ungefähr einen Monat. Mit unserer Forschung können wir diesen Zeitraum dank Superauflösung auf 4 bis 6 Stunden verkürzen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass wir auf dieser Basis in naher Zukunft auch andere Krankheitsursachen aufdecken können.


28. November 2017
The super microscope in detail
Seeing cells in super resolution - Prof. Theo Lasser
People
Prof. Theo Lasser
Prof. Theo Lasser, Leiter des Laboratoire d‘Optique Biomedicale an der Ecole Polytechnique Federale Lausanne, Schweiz.
SCHOTT’s high-tech prism directs four of the eight incoming light waves to two cameras.
Das Hightech-Prisma von SCHOTT leitet jeweils vier der acht ankommenden Lichtwellen an zwei Kameras weiter. Mit diesen lässt sich die Probe dann in 3D betrachten.
Der deutsche Physiker und Industrielle Ernst Karl Abbe (1840 –1905) entwickelte in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts optische Instrumente. Zusammen mit Carl Zeiss und Otto Schott schuf er die Grundlagen der modernen Optik. Auf Abbe gehen zahlreiche Berechnungsmethoden und Verfahren in der Mikroskopie zurück. Im Jahr 1873 entdeckte er, dass Lichtmikroskope zwei Objekte nicht mehr voneinander unterscheiden können, sobald ihr Abstand kleiner ist als die halbe Lichtwellenlänge (200 Nanometer). Das Abbe-Limit war geboren. Zwei Jahre später trat Abbe in das Unternehmen Carl Zeiss in Jena ein und wurde 1899 zu dessen Alleininhaber. 1884 war er maßgeblich an der Gründung der heutigen SCHOTT AG beteiligt.
SCHOTT verwendet auf dieser Website Cookies, um die Seiten optimiert darzustellen und das Nutzererlebnis zu verbessern. Durch die Nutzung unserer Seiten erklären Sie sich damit einverstanden.