29.06.2022

3D-Bildgebung mit Superauflösung

Neues Mikroskop ermöglicht räumliche Aufnahmen im Nanometerbereich.

Die Mikroskopie hat in den vergangenen zwei Jahrzehnten beispiellose Fortschritte bei Geschwin­digkeit und Auflösung gemacht. Allerdings sind zelluläre Strukturen im Wesent­lichen drei­dimensional, und herkömmlichen hoch aufgelösten Techniken fehlt oft die notwendige Auflösung in allen drei Richtungen, um Details im Nanometer­bereich zu erfassen. Ein Forschungs­team unter der Leitung der Universität Göttingen, an dem auch die Universität Würzburg und das Center for Cancer Research in den USA beteiligt sind, hat nun eine Technik zur super­auflösenden Bildgebung untersucht, bei der die Vorteile von zwei verschie­denen Methoden kombiniert werden, um in allen drei Dimen­sionen die gleiche, isotrope Auflösung zu erreichen. 

Abb.: Illustration einzelner Zellen auf einer Gold­oberfläche, wobei das...
Abb.: Illustration einzelner Zellen auf einer Gold­oberfläche, wobei das Mikro­tubuli-Netzwerk und die mit Clathrin beschich­teten Gruben aufgelöst werden. (Bild: A. Chizhik)

Eine der Methoden, um eine Auflösung im Nanometer­bereich zu erreichen, ist die metallinduzierte Energie­übertragung (MIET). Die außer­gewöhnliche Tiefen­auflösung der MIET-Bildgebung in Kombination mit der außer­gewöhnlichen lateralen Auflösung der Einzelmolekül-Lokalisierungs­mikroskopie, insbesondere mit der direkten stochas­tischen optischen Rekonstruktions­mikroskopie (dSTORM), ermöglicht den Forschenden eine isotrope drei­dimensionale Super­auflösung von subzellulären Strukturen. Darüber hinaus setzten sie Zweifarben-MIET-dSTORM ein, um zwei verschiedene zelluläre Strukturen drei­dimensional abzubilden, zum Beispiel Mikro­tubuli und Clathrin-beschichtete Pits – winzige Strukturen innerhalb von Zellen –, die zusammen im selben Bereich existieren.

„Durch die Kombination der etablierten Konzepte haben wir eine neue Technik für die Super-Resolution-Mikro­skopie entwickelt. Ihr Hauptvorteil ist, dass sie trotz eines relativ einfachen Aufbaus eine extrem hohe Auflösung in drei Dimen­sionen ermöglicht“, sagt Jan Christoph Thiele. „Dies wird ein leistungs­fähiges Werkzeug mit zahl­reichen Anwendungen sein, um Proteinkomplexe und kleine Organellen mit Sub-Nanometer-Genauigkeit aufzulösen. Jeder, der Zugang zu einem konfokalen Mikroskop mit einem schnellen Laserscanner und der Möglichkeit zur Messung der Fluoreszenz­lebensdauer hat, sollte diese Technik ausprobieren“, so Thieles Kollege Oleksii Nevskyi. 

„Das Schöne an dieser Technik ist ihre Einfachheit. Das bedeutet, dass Forschende auf der ganzen Welt in der Lage sein werden, diese Technik schnell in ihre Mikroskope zu inte­grieren“, sagt Jörg Enderlein, der das Forschungs­team am Institut für Biophysik der Universität Göttingen leitete. „Diese Methode verspricht, ein leistungs­fähiges Werkzeug für die multiplexe 3D-Superauflösungs­mikroskopie mit außer­gewöhnlich hoher Auflösung und einer Vielzahl von Anwendungen in der Struktur­biologie zu werden.“

GAU / JOL

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