Donnerstag, 13. Dezember 2018

Saarländische Forscher wollen neuartiges Mikroskop zur Beobachtung schnellster Vorgänge in Zellen entwickeln

Saarländische Biowissenschaftler um den Professor für Molekulare Zellbiologie, Peter Lipp, möchten ein neuartiges Mikroskop entwickeln und etablieren, das zwei bisher unvereinbar erscheinende Eigenschaften von Lichtmikroskopen miteinander vereint. So soll das System sowohl die für Lichtmikroskope bestehende räumliche Auflösungsgrenze durchbrechen und Strukturen von ungefähr 100 Nanometer Größe darstellen, gleichzeitig aber auch natürliche Vorgänge mit mehr als 500 Bildern pro Sekunde in Echtzeit extrem hoch zeitlich auflösen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das Vorhaben im Rahmen ihrer Großgeräteinitiative „Neuartige, experimentelle Lichtmikroskope für die Forschung“ mit 700.000 Euro.

Um die natürlichen Abläufe im menschlichen Körper besser zu verstehen, die Entstehung von Krankheiten nachzuvollziehen und daraus Therapiemöglichkeiten abzuleiten, sind Mikroskope in der lebenswissenschaftlichen Forschung seit Langem unverzichtbar. Älteste Technologie in der Mikroskopie ist dabei die Lichtmikroskopie. Zwar weisen zum Beispiel Elektronenmikroskope ein deutlich höheres optisches Auflösungsvermögen auf als Lichtmikroskope, die derzeit bis auf etwa 200 Nanometer (0,0002 Millimeter) auflösen können. „Allerdings ist die berührungslose Charakterisierung von natürlichen und krankhaften Prozessen in lebenden Zellen, Geweben und im ganzen Organismus eine Paradedisziplin der Lichtmikroskopie. Sie war in den letzten 20 Jahren essenziell für unser Verständnis von natürlichen, physiologischen Vorgängen”, erklärt Professor Peter Lipp die Vorteile dieser Technologie. „Darüber hinaus haben innovative optische Technologien auch ein ganz neues Licht auf menschliche Krankheiten geworfen und substanziell dazu beigetragen, neue Therapiestrategien zu entwickeln“, so der Professor für Molekulare Zellbiologie an der Medizinischen Fakultät der Universität des Saarlandes weiter.

Allerdings haben sich zwei bisher unvereinbar scheinende physikalische Grenzen als einschränkend für weitergehende Erkenntnisse herausgestellt: räumliche und zeitliche Auflösung. In den vergangenen Jahren konnte die räumliche Auflösungsgrenze in bisher ungeahnte Dimensionen vorgeschoben werden. Unter anderem hat der Göttinger Forscher Stefan Hell für seine revolutionäre neue Licht-Mikroskopietechnologie, die sogenannten STED-Mikroskopie, 2014 den Nobelpreis für Chemie erhalten. Eine der größten, immer noch bestehenden Einschränkungen dieser und anderer, ähnlich ausgerichteter Technologien, die unter dem Begriff der Nanoskopie zusammengefasst werden, ist es allerdings, dass sie äußerst langsam sind und in kommerziellen Mikroskopsystemen häufig nur maximal ein Nanoskopiebild pro Sekunde liefern können. Obgleich diese Geschwindigkeit auf den ersten Blick schon enorm zu sein scheint, finden die meisten physiologischen Vorgänge allerdings auf einer Zeitskala von einigen Millisekunden, also 2-3 Größenordnungen schneller statt. So dauert etwa ein Wimpernschlag beim Menschen nur rund 0,1 Sekunden. Eine Verschmelzung von Nanoskopie und zur Darstellung schneller Prozesse wie zum Beispiel dem Herzschlag notwendiger Echtzeitbildgebung erschien bisher unmöglich.

Dieses Hindernis möchten Professor Peter Lipp (Medizinische Fakultät, Präklinisches Zentrum für Molekulare Signalverarbeitung, PZMS) und seine Kollegen Professor Dieter Bruns und Professor Jens Rettig (Medizinische Fakultät, Centrum für integrative Physiologie und Molekulare Medizin, CIPMM) überwinden, indem sie ein Lichtmikroskopsystem etablieren, das hochaufgelöste Bilder in Echtzeit liefern kann. Ein solchen Echtzeit-Nanoskopie-System soll eine optische Auflösung von ca. 100 Nanometern (0,0001 Millimeter) erreichen und erstmalig Nanoskopie-Bilder mit einer Geschwindigkeit von mehr als 500 Bildern in der Sekunde (ein Bild in weniger als 0,002 Sekunden) aufnehmen können. Peter Lipp: „Wir erwarten uns von dieser innovativen Technologie neue Forschungsergebnisse, die zu einem besseren Verständnis von menschlichen Herzkrankheiten wie Herzrhythmusstörungen führen, aber gleichzeitig auch tiefere Einblicke in so wichtige Prozesse wie die menschliche Immunabwehr und Funktionsprozesse des menschlichen Gehirns erlauben werden.“

Das Forscherkonsortium aus der Medizinischen Fakultät der Universität des Saarlandes sieht die Förderung durch die DFG als nachhaltige Bestätigung einer langen und konsequenten Entwicklung der Hochleistungsmikroskopie an der Universität des Saarlandes und der Medizinischen Fakultät am Standort Homburg. Das von der DFG bewilligte System (Fördersumme ca. 700.000 Euro) soll sowohl die bestehenden Forschungsschwerpunkte, wie die Sonderforschungsbereiche 894, 1027 und Transregio-Sonderforschungsbereiche 152 und 219, als auch die Ausgestaltung und Etablierung zukünftiger Forschungsverbünde an der Universität des Saarlandes und der Medizinischen Fakultät unterstützen.

Das saarländische Projekt „Real-Time Nanoscopy“ wurde im Rahmen der Initiative „Neuartige, experimentelle Lichtmikroskopie für die Forschung“ als eines von 13 geförderten Projekten aus den eingegangenen 50 Vollanträgen ausgewählt. Insgesamt fließen 14,5 Millionen Euro in die Projekte der DFG-Initiative.

 

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Peter Lipp
Tel.: (06841) 1626103
E-Mail: Peter.Lipp(at)uks.eu 
Internet: http://www.pzms.uni-saarland.de/index.php/prof-lipp

Pressemitteilung der DFGhttp://www.dfg.de/service/presse/pressemitteilungen/2018/pressemitteilung_nr_59/index.html