Forschung & Entwicklung

Minflux-Nanoskopie sieht Zellen molekular scharf

Mit Minflux-Nanoskopie war es erstmals möglich, fluoreszierende Moleküle mit Licht getrennt sichtbar zu machen, die nur ein paar Nanometer voneinander entfernt sind. Eine neue Entwicklungsstufe der Technik erreicht diese Auflösung nun auch in Zellen, und das mehrfarbig und in 3-D.

Professor Stefan Hell vom Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie (MPIbpc) war bereits bei der Vorstellung der Technik 2016 davon überzeugt, dass Minflux das Zeug dazu habe, eines der mächtigsten Werkzeuge der Zellbiologie zu werden: „Mit diesem Verfahren wird es möglich sein, Zellen molekular zu kartografieren.“

Für Minflux hatte Hell die Stärken der beiden bis dato hochauflösendsten Fluoreszenz-Nanoskopietechniken zusammengeführt: Palm/Storm und die von ihm selbst entwickelte Sted-Mikroskopie. Minflux erreichte erstmals eine Trennschärfe von wenigen Nanometern und war auch bis zu hundertmal schneller im Verfolgen sich in der Zelle bewegender Moleküle. Allerdings kam Minflux damals nur für künstliche Testobjekte zum Einsatz und noch nicht für die Untersuchung von (lebenden) Zellen.

Die aktuellen Ergebnisse löse nun dieses Versprechen ein und zeigt das ganze Potenzial der Methode. „Wir haben Minflux so weit entwickelt, dass wir fluoreszierende Moleküle in Zellen mit maximaler, molekularer Auflösung, in zwei Farben und dreidimensional sichtbar machen können“, fasst Jasmin Pape vom MPIbpc zusammen. Damit erfülle Minflux bereits heute viele Anforderungen, um Moleküle und Prozesse in lebenden Zellen molekular scharf abzubilden und zu untersuchen.

Die Technologie nutzt einen Donut-förmigen Laserstrahl mit einer Intensitätsnullstelle in der Mitte, um einzelne fluoreszierende Moleküle zum Leuchten zu bringen. Aus der Stärke der Fluoreszenz lässt sich die ungefähre Position des Moleküls relativ zur Donutmitte bestimmen. Anschließend bewegt das Mikroskop den Donut so, dass sich die Intensitätsnullstelle näher am Molekül befindet. Weil die Position der Nullstelle bekannt ist, ist somit auch die Molekülposition genauer bestimmt – und das mit vergleichsweise wenigen Fluoreszenzphotonen. Die Wissenschaftler optimierten diesen Prozess, bis er auf ein bis drei Nanometer exakte Ergebnisse lieferte. Minflux ist nun auch für größere Proben einsetzbar, wie sie typischerweise unter dem Mikroskop von Biologen liegen, wenn sie lebende Zellen analysieren.

Außerdem nutzt Minflux jetzt eine dreidimensionale Donut-Intensitätsnullstelle, um Molekülverteilungen auch in 3-D molekular aufzulösen. Mit dem neuen Versuchsaufbau können die Forscher noch dazu die Verteilung zweier unterschiedlich markierter Molekülarten zeitgleich beobachten.

Minflux sei nun bereit für zellbiologische Fragestellungen. Trotz der neuen, fundamentalen Weiterentwicklung bestehe immer noch Potenzial, um Minflux weiter zu verbessern: Sowohl die Aufnahmezeit als auch störende Hintergrundsignale ließen sich in Zukunft weiter reduzieren.

von mn

Originalveröffentlichung:

[K. C. Gwosch, J. K. Pape, F. Balzarotti, P. Hoess, J. Ellenberg, J. Ries, S. W. Hell, MINFLUX nanoscopy delivers 3D multicolor nanometer resolution in cells, Nat. Methods (2020), DOI: 10.1038/s41592-019-0688-0]

www.mpibpc.mpg.de

Firmeninformationen
© photonik.de 2020 - Alle Rechte vorbehalten