Heidelberger Forscher setzt mit weltweit schnellstem Nanolichtmikroskop neuen Meilenstein
"Sehr tief, sehr weit, in vivo und vor allem superschnell", mit diesen Schlagworten beschreibt Prof. Dr. Dr. Christoph Cremer vom Lehrstuhl für "Angewandte Optik und Informationsverarbeitung" am Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg die Vorteile seines optischen Nanoskops Vertico-SMI, mit dem er die molekularen Geheimnisse der Zelle entschlüsseln will.
"Es ist die Kombination von vier entscheidenden Vorteilen, mit denen sich das Cremersche Nanoskop an die Spitze setzt: erstens die Möglichkeit, große Zellareale mit einer Auflösung von bis zu 10 Nanometern zu untersuchen, zweitens die unübertroffen hohe Aufnahme- und Bildbearbeitungsgeschwindigkeit, welche drittens die Nano-Aufnahmen ganzer lebender Zellen in 3D in Echtzeit erst ermöglicht und viertens die Möglichkeit, gängige Fluoreszenzfarbstoffe einzusetzen - alles zusammengenommen die idealen Voraussetzungen für den Routineeinsatz", erläutert die Innovationsmanagerin Dr. Andrea Nestl von der Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH, die das Patentportfolio verwertet.
Dieses patentgeschützte Verfahren mit einer Auflösung von 10 Nanometern in 2D und 40 Nanometern in 3D hat somit das Potenzial, die gesamte molekularbiologische, medizinische und pharmazeutische Forschung zu revolutionieren und dient der Entwicklung neuer Strategien zur Vorbeugung, Risikosenkung und Therapie von Krankheiten. Mit dem Prototyp des Vertico-SMI können lebende Zellkulturen in Petrischalen mit flüssigem Medium untersucht werden. Für die richtige Gasatmosphäre sorgt die anschließbare Inkubationskammer.
Vergleichbare Nanoskopiemethoden wie die US-Entwicklungen PALM und SIM/OMX arbeiten nach eigenen Angaben ebenfalls mit Weitfeldmikroskopietechniken, verfügen aber nicht über diese außergewöhnliche Aufnahmegeschwindigkeit, so dass keine Aufnahmen von lebenden Zellen mit hohen Moleküldichten möglich sind. Die in Harvard entwickelte STORM-Technologie ist zwar schnell, benötigt aber einen pH-Wert, der schädlich für lebende Zellen ist. Fokussierende Nanoskopie-Methoden wie STED und ISOSTED erreichen zwar schnelle Aufnahmen in kleinen Arealen, würden allerdings für einen großen Bereich, wie er mit der Weitfeldmikroskopie erfasst werden kann, wiederum zu lange brauchen, da zuerst viele Einzelbereiche nanoskopisch erfasst werden müssten.
Das Vertico-SMI kann laut Institut als einziges Nanoskop weltweit 3D-Daten ganzer lebender Zellen in zwei Minuten aufnehmen, wobei das hoch aufgelöste Bild aus mehreren tausend Einzelbildern per Computer zusammengesetzt wird.
Der mögliche Einsatzbereich eines derart schnellen optischen Nanoskops geht über die Grenzen der biomedizinischen Anwendungen hinaus - so ist eine Nutzung bei der Materialforschung, der Qualitätskontrolle von Nanobeschichtungen oder im Bereich der Elektronik, speziell bei Hochdurchsatzverfahren denkbar, da bereits kleinste Verformungen im 3D-Maßstab festgestellt werden können.
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