Göttinger Biophysiker bringen Licht in lebende Zellen

Wie sieht es im Inneren einer lebenden Zelle aus? Um dies herauszufinden, haben Biophysiker der Universität Göttingen und der University of California in Los Angeles ein optisches Verfahren entwickelt, mit dem sie einzelne Zellen und Zellgewebe genauer und kontrastreicher als bisher betrachten können. In der renommierten Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ stellen die Wissenschaftler ihre Forschungsergebnisse zur superauflösenden Fluoreszenzmikroskopie vor.

Bei diesem Verfahren färben die Forscher Zellstrukturen, die sichtbar gemacht werden sollen, mit fluoreszenten Farbstoffmolekülen ein. Die Lichtintensität dieser Moleküle verändert sich, sie blinken. Es sind diese Fluktuationen, die von einem Mikroskop – ausgestattet mit einer empfindlichen und schnellen Kamera – aufgenommen werden. Neu ist, dass anstelle eines Bildes 100 bis 1000 Aufnahmen pro Sekunde entstehen. Die Biophysiker um Prof. Dr. Jörg Enderlein nehmen einen Film von sich verändernden Leuchtbildern auf. Anschließend werten sie die Bilder am Computer aus und erhalten Informationen über die räumliche Verteilung der leuchtenden Moleküle. Dieses Verfahren wird Superresolution Optical Fluctuation Imaging (SOFI) genannt. „Es kann problemlos mit jedem Licht- oder Weitfeldmikroskop verbunden werden“, so Enderlein vom III. Physikalischen Institut der Universität Göttingen.

Bereits die klassischen optischen Mikroskope nutzten Licht, um die zu untersuchenden Objekte anzuregen und abzubilden. Ein Problem war dabei immer die Wellenlänge des Lichts. Die Geräte konnten zwar Objekte vergrößern, die mit dem menschlichen Auge nicht mehr sichtbar waren, aber Details, die kleiner als 200 Nanometer sind, also 200 Milliardstel Meter, blieben ihnen aufgrund der hier endenden Wellenlänge des Lichts verschlossen. Die Elektronen- und Röntgenmikroskope sind keine Alternative, denn sie zerstören lebende Zellen durch Vakuum und tiefe Temperaturen. Daher entwickelten Wissenschaftler der Georgia Augusta und des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen in den vergangenen Jahren neue optische Verfahren wie die Stimulated Emission Depletion (STED) Mikroskopie, die zwar eine dreidimensionale Auflösung im Nanometerbereich ermöglicht, technisch jedoch sehr aufwändig ist. SOFI bildet nun eine Brücke zwischen der klassischen optischen Mikroskopie und der höchstauflösenden, aber aufwändigen STED Mikroskopie. Die Fluoreszenzmikroskopie ist nach Prof. Dr. Jörg Enderlein „eine der wichtigsten Methoden der modernen molekularen Zellforschung und aus der biomedizinischen Grundlagenforschung nicht wegzudenken“.

Originalveröffentlichung:
T. Dertinger, R. Colyer, G. Iyer, S. Weiss, and J. Enderlein: „Fast, background-free, 3D super-resolution optical fluctuation imaging (SOFI)“, Proceedings of the National Academy of Science USA (2009) 106 (52): 22287-22292

Artikel im Internet: PMID: 20018714, www.pnas.org/content/106/52/22287.long

Kontaktadresse:
Prof. Dr. Jörg Enderlein
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – III. Physikalisches Institut
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen
Telefon (0551) 39-13833, Fax (0551) 39-7720
E-Mail: joerg.enderlein@physik3.gwdg.de