3D-Filme von lebenden Zellen

Neues Mikroskop ermöglicht die Untersuchung der Dynamik subzellulärer Prozesse.

Eine zentrale Herausvorderung beim Abbilden lebender Zellen besteht darin, an möglichst viele räumliche und zeitliche Informationen zu kommen, ohne die Zelle dabei zu zerstören. Einen nichtinvasiven Ansatz, biologische Proben dreidimensional zu untersuchen, stellt die so genannte Lichtscheiben-basierte Mikroskopie dar. Bei dieser Methode wird eine Probe durch eine Lichtscheibe bewegt, wobei das Fluoreszenzlicht von einer Kamera aufgenommen wird. Dabei wird nur der Teil der Probe beleuchtet, der im Fokalbereich des Detektionssystems liegt. Die Vorteile dieser Methode, die bisher für Aufnahmen von multizellulären Systemen und Organismen eingesetzt wird, liegen in dem reduzierten Ausbleichen und der geringen Phototoxizität verglichen mit anderen Mikroskopietechniken. Die bisherigen Lichtscheiben waren allerdings zu dick, um hochaufgelöste Aufnahmen einzelner Zellen zu erstellen.

Wissenschaftler des Janelia Farm Research Campus, einer Forschungseinrichung des Howard Hughes Medical Institute nahe Ashburn (Virginia, USA), lösten nun dieses Problem, indem sie den herkömmlich zur Erzeugung der Lichtscheibe verwendeten glockenförmigen Gauß´schen Strahl durch einen Bessel Strahl ersetzten. Dieser weist einen schmalen zentralen Peak auf, der von Ringen umgeben ist. Für die hohe Auflösung mussten die Forscher allerdings noch die Ringe des Bessel Strahls entfernen. Mit dieser Methode gelang es ihnen, subzelluläre Bilder mit einer Auflösung von bis zu ~0.3 μm zu gewinnen.

 

Abb.: Die mittels Lichtscheiben-basierter Mikroskopie mit Bessel Strahlen gewonnene Aufnahme zeigt die Entwicklung der Chromosomen (grün) und des Golgi-Apparats (magenta) während drei Phasen der Teilung einer lebenden Schweinenierenzelle. (Bild: T. Planchon et al., Nat. Methods)

Der Bessel Strahl streicht so schnell durch die Probe, dass sich fast 200 Bildebenen pro Sekunde aufnehmen lassen, die anschließend zu dreidimensionalen Bildern zusammengesetzt werden können. Dabei ist es möglich, hunderte solcher dreidimensionalen Aufnahmen zu erstellen, ohne die Zelle zu schädigen, und zu Filmen zusammenzufügen. Den Forschern gelang mit diesem Verfahren die Aufnahme von dynamischen Prozessen wie der Bewegung und Umformung von Zellorganellen oder der -membran, der Organisation von Chromosomen während der Mitose oder der Proteinlokalisation.

MH