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Fortschritt für biomedizinische ­Bildgebung

Weiterentwicklung der Fluoreszenzmikroskopie. Es lassen sich bis zu neun verschiedene Zellstrukturen gleichzeitig markieren und abbilden.

Um Biomoleküle in Zellen sichtbar zu machen, werden Moleküle mit fluoreszierenden Sonden markiert und mit Licht angeregt. Die dadurch ausgelöste Fluoreszenz wird genutzt, um ein mikroskopisches Bild von den Strukturen der Zelle zu gewinnen. Eine große Schwierigkeit dabei sei die eindeutige Unterscheidung der vielen fluoreszierenden Sonden, die sich teilweise sehr ähnlich sind, sagt Thomas Niehörster, Doktorand bei Prof. Markus Sauer am Lehrstuhl für Biotechnologie und Biophysik der Universität Würzburg.

Um hier Fortschritte zu erzielen, verwenden die Wissenschaftler zur Anregung der Sonden drei abwechselnd gepulste Laser mit verschiedenen Wellenlängen (blau, grün und rot). Zusätzlich nutzen sie Unterschiede im Emissionsspektrum der Sonden und das zeitlich leicht unterschiedliche Abklingen der Fluoreszenz aus, das sich im Bereich von wenigen Nanosekunden bewegt.  Aus diesem Versuchsaufbau erhalten sie komplexe Daten, die sie mittels einer Software analysieren.

Mit dem sogenannten sFLIM-Verfahren (spectrally resolved fluorescence lifetime imaging microscopy) lassen sich mit jedem der drei Laser jeweils fünf Fluoreszenzsonden unterscheiden, so dass theoretisch 15 verschiedene Strukturen gleichzeitig darstellbar wären. In der Praxis aber müssen sich die Forscher mit weniger zufriedengeben: Es sei schwierig, so viele verschiedene Zellstrukturen gleichzeitig zu markieren, und es gebe dafür auch nur eine begrenzte Zahl von Sonden, erklärt Niehörster. Dennoch sei es gelungen, neun Strukturen gleichzeitig zu markieren und abzubilden. Dazu gehören z. B. das F-Actin-Proteingerüst des Zellskeletts, die Hülle des Zellkerns oder neu entstehende DNA.

Durch die hohe Empfindlichkeit des Verfahrens können außerdem drei verschiedene Zellstrukturen gleichzeitig mit demselben Fluoreszenzfarbstoff markiert und klar unterschieden werden. Das liegt daran, dass sich die Fluoreszenzeigenschaften je nach chemischer Umgebung in der Zelle geringfügig verändern und damit unterscheidbar werden.

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