Moderne Lichtmikroskopie: Wie zelluläre Strukturen zum Leuchten gebracht werden

Cells in Motion – der Audiopodcast | Folge 4

Fotos

LASER steht für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” und ist eine Verstärkung von Licht. Laser werden in der Lichtmikroskopie eingesetzt, einer zentralen Technik der biomedizinischen Forschung.
© CiM - Michael Kuhlmann
  • Die Professoren Friedemann Kiefer (links) und Jürgen Klingauf arbeiten tagtäglich mit Lichtmikroskopen. Durch eine stetige Verbesserung der Technik bieten sich ihnen neue Möglichkeiten, um das Verhalten von Zellen in Organismen zu erforschen.
    © CiM - Michael Kuhlmann
  • Jeroen Terwort, Doktorand im Institut für Medizinische Biophysik bei Professor Klingauf, bedient ein Lichtmikroskop, das durch einen Trick die natürliche Beugungsgrenze überwindet. Für die Entwicklung dieses STED-Mikroskops wurde 2014 der Nobelpreis v
    © CiM - Michael Kuhlmann
  • Am Max-Planck-Institut für Molekulare Biomedizin in der Arbeitsgruppe von Professor Kiefer wird ebenfalls mit Lichtmikroskopie gearbeitet.
    © CiM - Michael Kuhlmann
  • Dr. Vivien Schütz (links), Dr. Cathrin Pollmann und Dr. René Hägerling geben fluoreszierende Farbstoffe in das Gewebe. Anschließend wird die Probe im Ultramikroskop Schicht für Schicht von einem Laserstrahl abgerastert.
    © CiM - Michael Kuhlmann
  • René Hägerling zeigt das Resultat: Am Computer werden die einzelnen Schichten der ultramikroskopischen Gewebeuntersuchung zusammengesetzt und können aus sämtlichen Perspektiven analysiert werden.
    © CiM - Michael Kuhlmann

 Das wichtigste Werkzeug in der modernen Biologie ist das Mikroskop. Durch revolutionäre technische Fortschritte ist es mittlerweile so leistungsstark geworden, dass es Strukturen von Mikrometern (1/1.000 mm) bis in den Bereich von Nanometern (1/1.000.000 mm) darstellen kann. Auf der Skala der Nanometer lassen sich einzelne, kleinste Bestandteile von Zellen anschauen, etwa Synapsen. Das sind Kommunikationsschnittstellen zwischen den Nervenzellen, die Signale weitergeben und dafür einen Pool an Übertragungsstoffen bereithalten müssen. Wie dieser Pool sich immer wieder füllt, untersucht Prof. Jürgen Klingauf, Experte für Zellbiophysik – und zwar mithilfe des Lichtmikroskops und fluoreszierender, also leuchtender Farbstoffe.

Auch Prof. Friedemann Kiefer nutzt fluoreszierende Farbstoffe. Man kann sie im Chemielabor so entwickeln, dass sie sich an ausgewählte Strukturen im Organismus hängen und von dort aus leuchten. Empfindliche Kamerasensoren erfassen das Leuchten auf Bildern, die dreidimensional zusammengesetzt werden können. Prof. Kiefer untersucht zum einen kleine Proben im Mikrometer-Bereich wie zum Beispiel Tumorgewebe. Neuerdings können aber auch ganze, lebende Organismen in Größenordnungen von Zentimetern untersucht werden – mithilfe der intravitalen Mikroskopie (lat. während des Lebens).