Quantifizierung & Automatisierung in der Lichtmikroskopie

15.01.2007

Beim PhotonicNet-Forum Mikroskopietrends '06 in Göttingen standen aktuelle Mess- und Manipulationsmethoden aus verschiedenen Anwendungsbereichen der LifeScience-Mikroskopie im Mittelpunkt. In der Mikroskopie sind die Zeiten des reinen Imaging vorbei. Wie molekulare Prozesse genau ablaufen, welche Funktion bestimmte Zellbestandteile dabei übernehmen oder in welcher Konzentration ein Molekül seine optimale Wirkung entfaltet sind Fragen, die man heute beobachten und Messen möchte. Daher gewinnt für die biomedizinische Forschung, aber auch für Anwendungen in der industriell geprägten Materialmikroskopie, die quantitative Auswertung der gewonnenen Bilddaten zunehmend an Bedeutung.

Mikroskopsysteme für die moderne quantitative Forschung müssen heute drei grundlegende Qualitäten gewährleisten: Als flexible Plattform sollen sie für ein breites Kundenspektrum generalisierbare Aussagen schaffen. Außerdem fordert der Blick in eine Welt im Mikro- bis Nanometermaßstab sowohl eine hohe Sensitivität als auch eine deutlich verbesserte Automatisierung. Fokusstabilität, hoher Probendurchsatz, Objektivität und Reproduzierbarkeit waren demnach die zentralen Stichworte der diesjährigen Vorträge.

Aktuelle Lösungsansätze für die Laser Scanning Mikroskopie stellte Leica Microsystems z.B. mit dem Spectral Imaging Detector vor, der eine scharfe Farbtrennung bei der Detektion in Lebendproben ermöglicht, oder der dynamische akusto-optische Strahlenteiler AOBS für multispektrale Bildaufnahmen bei mehrfach gefärbten Proben. Eine Steigerung der Aufnahmegeschwindigkeit gestattet außerdem ein so genannter Tandem-Scanner, also zwei in einem Mikroskop vereinte Konfokalsysteme. Hierbei zeigte sich ein unerwartete und sehr erstaunlicher Nebeneffekt: Die Probe bleicht weniger aus.

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Manfred Brich von Carl Zeiss MicroImaging befasste sich in seinem Vortrag mit Lösungen auf Basis der Software-Tools Visual Basic bzw. Visual Macro Editor. Diese Programme, die der Steuerung der Datenerfassung und Daten-Weiterverarbeitung dienen, sollen dem Anwender helfen der Komplexität der heutigen Fragestellungen, der großen Probenzahl u.v.m. gerecht zu werden. Große Fortschritte wurden hier beispielsweise bei der automatisierten Korrektur des Fokusdrifts insbesondere bei Lebendproben gemacht.

Rauschsignale ausgehend von der Hintergrundfärbung sind ein großes Problem für alle Fluoreszenzverfahren. Als mögliche Lösung stellte Thai Wu Chen von der Abteilung Neurophysiologie & zelluläre Biophysik an der Universität Göttingen ein interessantes und einfaches Verfahren vor, das sowohl in Weitfeld- als auch in Konfokalmikroskopen Anwendung finden und von den Geräteherstellern in bestehende Geräte integriert werden könnte. Grundlage ist ein Rechenverfahren, das anhand der zeitlichen Veränderung der Fluoreszenz an verschiedenen Messpunkten in der region of interest (ROI) das Hintergrundsignal sehr genau und schnell herausrechnet.

Die Bedeutung des Registrierens und Klassifizierens als wichtige Schritte noch vor dem Quantifizieren erläuterte Karl Rohr von der Biomedical Computer Vision Group am Deutsche Krebsforschungszentrum. Sie machen eine gleichzeitige quantitative Auswertung von Proben, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten oder aus verschiedenen Zellen bzw. Individuen genommen wurden, sowie eine automatisierte Auswertung der Bildsequenzen möglich.

Dass sich die Anforderungen in der Materialanalyse nicht entscheidend von jenen in den Life Sciences unterscheiden, verdeutlichte Timo Bernthaler. Die Hochschule Aalen bietet der Industrie mit dem Programm MosaiX eigene Scan- und Fokusalgorithmen an, die eine hochaufgelöste Analyse feiner und grober Gefügestrukturen in einem Schritt zulassen. Bernthaler nutzte die Gelegenheit des Forums, um an die Gerätehersteller den Wunsch zu richten, Probenpräparation und Bildanalyse - ähnlich den aktuell verfolgten Lösungen für die Life Sciences Mikroskopie - in einem Gerät zu vereinen.

Im abschließenden Vortrag brachte Clemens Franz von der Universität Dresden den überwiegend Lichtmikroskopie-gewohnten Zuhörern die Vorzüge eines gänzlich anderen mikroskopischen Verfahrens nahe: das Rasterkraft-Mikroskop (AFM). Als etwas "teuren Plattenspieler" bezeichnete Franz schmunzelnd das mit einer hochempfindlichen taktilen Spitze (Cantilever) versehene Instrument. Die Vorteile seien vielfältig: Proben müssen nicht vorher präpariert werden, Lebend-Beobachtungen unter physiologischen Bedingungen und die Wiedergabe von Höhenstrukturen bzw. ein Reinzoomen in die Probe sind möglich. Insbesondere bei inhomogenen Proben sei die Kombination des AFM mit einem Lichtmikroskop sinnvoll, um beispielsweise die ROI zu suchen. Somit schloss sich nach diesem Ausflug in die Welt etwas exotischer Bildanalyseverfahren am Ende des Forums doch noch der Kreis zur vertrauten Welt der Lichtmikroskopie.

https://www.chemie.de/news/60725/quantifizierung-automatisierung-in-der-lichtmikroskopie.html