Biophysiker bringen Licht in lebende Zellen

Neues Verfahren der Fluoreszenzmikroskopie entwickelt.

Wie sieht es im Inneren einer lebenden Zelle aus? Um dies herauszufinden, haben Biophysiker der Universität Göttingen und der University of California in Los Angeles ein optisches Verfahren entwickelt, mit dem sie einzelne Zellen und Zellgewebe genauer und kontrastreicher als bisher betrachten können.

Abb.: Links: Konventinelles Weitfeld-Mikroskopbild, aufgenommen mit Standard-Lampenbeleuchtung. Rechts: SOFI-Bild derselben Zelle mit zweifach verbesserter Auflösung. (Bild: Universität Göttingen) 

Bei diesem Verfahren färben die Forscher Zellstrukturen, die sichtbar gemacht werden sollen, mit fluoreszenten Farbstoffmolekülen ein. Die Lichtintensität dieser Moleküle verändert sich, sie blinken. Es sind diese Fluktuationen, die von einem Mikroskop - ausgestattet mit einer empfindlichen und schnellen Kamera - aufgenommen werden. Neu ist, dass anstelle eines Bildes 100 bis 1000 Aufnahmen pro Sekunde entstehen. Die Biophysiker um Jörg Enderlein nehmen einen Film von sich verändernden Leuchtbildern auf. Anschließend werten sie die Bilder am Computer aus und erhalten Informationen über die räumliche Verteilung der leuchtenden Moleküle. Dieses Verfahren wird Superresolution Optical Fluctuation Imaging (SOFI) genannt. "Es kann problemlos mit jedem Licht- oder Weitfeldmikroskop verbunden werden", so Enderlein vom III. Physikalischen Institut der Universität Göttingen.

Bereits die klassischen optischen Mikroskope nutzten Licht, um die zu untersuchenden Objekte anzuregen und abzubilden. Ein Problem war dabei immer die Wellenlänge des Lichts. Die Geräte konnten zwar Objekte vergrößern, die mit dem menschlichen Auge nicht mehr sichtbar waren, aber Details, die kleiner als 200 Nanometer sind blieben ihnen aufgrund der hier endenden Wellenlänge des Lichts verschlossen. Die Elektronen- und Röntgenmikroskope sind keine Alternative, denn sie zerstören lebende Zellen durch Vakuum und tiefe Temperaturen. Daher entwickelten Wissenschaftler der Georgia Augusta und des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen in den vergangenen Jahren neue optische Verfahren wie die Stimulated Emission Depletion (STED) Mikroskopie, die zwar eine dreidimensionale Auflösung im Nanometerbereich ermöglicht, technisch jedoch sehr aufwändig ist. SOFI bildet nun eine Brücke zwischen der klassischen optischen Mikroskopie und der höchstauflösenden, aber aufwändigen STED Mikroskopie. Die Fluoreszenzmikroskopie ist laut Enderlein "eine der wichtigsten Methoden der modernen molekularen Zellforschung und aus der biomedizinischen Grundlagenforschung nicht wegzudenken".

Georg-August-Universität Göttingen

AL