Stanford-Entwickler zeigen lebende Zellen in bisher unerreichter Detailtiefe

Technik und Auswirkungen

Das iISM arbeitet zudem mit deutlich geringerer Beleuchtungsleistung als vergleichbare hochkontrastive, markierungsfreie Methoden. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit lichtbedingter Schäden in lebenden Zellen und macht es unwahrscheinlicher, dass der Bildgebungsprozess die kleinen, empfindlichen Strukturen stört, die untersucht werden.

Erstautorin Michelle Kueppers, Postdoktorandin in Moerners Labor, erklärte, dass das neue Mikroskop nicht dazu gedacht sei, die Fluoreszenzmikroskopie zu ersetzen, die seit Jahrzehnten wichtige Erkenntnisse in der Biologie geliefert hat. „Jede Methode hat ihre Vor- und Nachteile, und wir glauben an eine komplementäre Anwendung in der Zukunft", sagte Kueppers. „Wenn wir die Stärken der Fluoreszenzmikroskopie für die molekulare Spezifität mit den Vorteilen der iISM für eine markierungsfreie Erfassung, können wir endlich Fragen angehen, die zuvor schwer zu beantworten waren." Die iISM erreicht eine höhere Auflösung und Empfindlichkeit, indem sie die Stärken zweier Mikroskopieverfahren vereint.

Diese Kombination spiegelt die Expertise der beiden Mitautoren wider. Moerner, der 2014 den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeiten zur superauflösenden Fluoreszenzmikroskopie erhielt, holte Kueppers an die Stanford University, da ihre Promotionsschwerpunkte auf der „interferometric scattering microscopy" lagen.

Streuung ist das physikalische Phänomen, das

Streuung ist das physikalische Phänomen, das dafür verantwortlich ist, dass der Himmel blau erscheint. Wenn Licht auf kleine Partikel trifft – wie Sonnenlicht, das durch die Atmosphäre hindurchtritt und auf Staub, Wassertropfen und andere Moleküle trifft –, ändert es seine Richtung und wird gestreut.

Partikel in der Erdatmosphäre streuen kurzwelliges blaues Licht stärker als rotes Licht, wodurch der Himmel für das menschliche Auge blau erscheint. Das Konzept ähnelt dem, wie zwei menschliche Augen Informationen sammeln, um Vordergrund vom Hintergrund zu trennen.

Während iISM jedoch nicht nur zwei „Augen" nutzt, sondern ein Array-Detektor mit zehn bis hundert Ansichten. Die Forscher entwickelten daraufhin ein Verfahren, um diese Messungen zu Bildern mit schärferer Detailauflösung und höherem Kontrast zu kombinieren.

Technik und Auswirkungen

Das Ergebnis ist ein markierungsfreies Mikroskop, das eine Auflösung 120 Nanometern erreicht, dabei weniger Laserleistung benötigt und die Bildgeschwindigkeit erhält. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, lebende Zellen über längere Zeiträume hinweg und mit einer schonenderen Methode zu beobachten.

Moerner und Kueppers arbeiten nun daran, die Technologie weiter zu verbessern und mehr Wissenschaftlern zugänglich zu machen. Sie haben bereits drei Kooperationen mit anderen Stanford-Forschern eingeleitet. In einem Projekt wird das Mikroskop genutzt, um Interaktionen zwischen Pflanzenzellen, Pilzen und Bakterien in Echtzeit zu beobachten.

Ein weiteres Projekt verwendet iISM, um zu untersuchen, wie ein Krebsmedikament in eine Zelle eindringt.

Was die Studie zeigt

Ein weiteres geplantes Projekt wird untersuchen, wie sich rote Blutkörperchen verformen, wenn sie einer Malaria-Infektion ausgesetzt sind. „Dies ist keine Nischentechnik", sagte Küppers. „Sie hat breite Anwendungsmöglichkeiten, und wir hoffen, dass die Lebenswissenschaften davon gut profitieren werden, was zu vielen neuen Entdeckungen führen wird." Die Forschung wurde durch die U.S.

National Institute of General Medical Sciences unterstützt.