IMP: Neue Mikroskopie-Methode für bewegte Momente

Utl.: Forschern des Instituts für Molekulare Pathologie (IMP) in
Wien gelingt präzise biologische Bildgebung mit Tiefenwirkung.
Neue Technik für empfindliche und dynamische Proben. =

Wien (OTS) - Forschern des IMP gelang es in Kollaboration mit der TU
Wien, ein neues Mikroskopie-Verfahren zu entwickeln. Dieses erlaubt
es, mit nur einer einzigen Messung und somit ohne Scan-Vorgang ein
dreidimensionales Bild der untersuchten Probe zu erzeugen. Die neue
Lichtmikroskopie-Technik beruht darauf, dass Positionsinformation in
Farbinformation des Lichtspektrums umgewandelt und gemessen wird. Das
innovative Verfahren mit großem Anwendungs-Potenzial wird diese Woche
online in PNAS veröffentlicht.

Für viele Studien im Bereich der Naturwissenschaften ist es
wichtig, ein stark vergrößertes und möglichst genaues Abbild einer zu
untersuchenden Probe - beispielsweise einer Zelle - zu erhalten. Um
kleinste Strukturen oder Objekte zu analysieren, werden heute je nach
Fragestellung und Probenaufbereitung verschiedene
Mikroskopie-Verfahren eingesetzt. Ein Schwachpunkt vieler gängiger
Techniken ist die Notwendigkeit, eine Probe etliche Male scannen zu
müssen, um ein Bild mit Tiefenwirkung zu erzeugen. Vor allem für
empfindliche und dynamische Proben ist dies ein Problem. Katrin
Heinze und Kareem Elsayad, federführende Wissenschaftler der
PNAS-Publikation, gelang es im Rahmen ihrer Arbeit am IMP, diese
Schwierigkeit zu umgehen.

Präzise Bilder empfindlicher und dynamischer Proben

Zur mikroskopischen Analyse fixierter oder lebender Zellen
bediente sich Elsayad einer speziellen Form der Lichtmikroskopie, der
Fluoreszenz-Mikroskopie. Dabei werden Fluoreszenzfarbstoffe,
sogenannte Fluorophore, mit Licht einer Wellenlänge angeregt und
strahlen dadurch dann selbst Licht einer anderen Wellenlänge ab. Für
seinen Aufbau verwendete der Forscher aus der Arbeitsgruppe von
Katrin Heinze eine sogenannte biokompatible Nanostruktur: Einen
Objektträger aus Quarz mit einer dünnen Beschichtung aus Metall und
Dielektroden. Die verwendete Probe markierte er mit Fluorophoren und
positionierte sie darüber.

"Das Emissionsspektrum eines fluoreszierenden Farbstoffes über
diesem Aufbau ist abhängig von seiner Position. Die
Positions-Information des Fluorophors wird in Farbe umgewandelt, und
die messen wir ", vereinfacht Elsayad die Erklärung dazu, wie es
schlussendlich zur Bildgebung kommt. Mit seiner ausgeklügelten
Methode benötigt der Wissenschaftler nur eine einzige Messung und ist
somit zeitlich unabhängig von der Scan-Geschwindigkeit oder der
Anregung der Fluorophore. "Das schöne an unserer Anordnung ist, dass
man relativ einfach sehr genaue Daten bekommt, ohne komplizierte
Aufbauten oder Geräte zu benötigen. Unsere Analysen können wir an
einem gängigen konfokalen Mikroskop durchführen " ergänzt Heinze.

Einfache Methode mit großem Potenzial

Elsayad und Heinze konnten bereits beweisen, daß die von ihnen
entwickelte Methode auch in der Praxis funktioniert. Gemeinsam mit
Kollegen vom IMBA (Institut für Molekulare Biotechnologie der
Österreichischen Akademie der Wissenschaften) verwendeten sie die
neue Technik, um Paxillin, ein Protein, das für Zelladhäsion wichtig
ist, in lebenden Zellen zu markieren und zu untersuchen. Auch die
Dynamik von Filopodien, kleinen Zellfortsätzen, die aus
Aktin-Filamenten aufgebaut sind und sich rasch verändern, konnte mit
der neuen Methode veranschaulicht werden.

Wurde die Technik ursprünglich für bestimmte Fluorophore
entwickelt, kann sie problemlos für weitere adaptiert werden. Auch
die Analyse von zwei oder mehreren fluoreszierenden Farbstoffen
gleichzeitig ist für die Forscher denkbar. "Generell gibt es eine
Vielzahl an möglichen Weiterentwicklungen und Anwendungen für unsere
Methode", blickt Elsayad in die Zukunft. "Etwa das Sequenzieren von
DNA. Allerdings müsste man dafür noch viel Zeit und Geld
investieren." Breites Interesse an der neuen, patentierten Technik
ist auf alle Fälle vorhanden, und auch erste Anfragen von großen
optischen Unternehmen gab es bereits.

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Original-Publikation

K. Elsayad, A. Ulrich, P.S. Tan, M. Nemethova, J.V. Small, K.
Unterrainer and K.G. Heinze: Spectrally coded optical nano-sectioning
(SpecON) with biocompatible metal-dielectric coated substrates. PNAS,
online Early Edition, 25. November 2013
(doi:10.1073/pnas.1307222110). Finanziert wurde diese Arbeit vom IMP
Wien, dem Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF), der Universität
Würzburg, der deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der
Europäischen Union.

Abbildung

Illustrationen zum unentgeltlichen Abdruck in Zusammenhang mit
dieser Aussendung finden Sie unter:
http://www.imp.ac.at/pressefoto-fluorophores

Über Kareem Elsayad

Dr. Kareem Elsayad wurde 1980 in London geboren. Er studierte
Physik an der University of Kent (Canterbury) und ging anschließend
in die USA. An der Indiana University (Bloomington) promovierte er
bei Prof. John Carini zur Physik der kondensierten Materie. Die
folgenden Jahre verbrachte er als Postdoc bei Dr. Katrin Heinze am
IMP in Wien, wo er hochauflösende Mikroskope und innovative
bildgebende Verfahren entwickelte. Seit Mai 2013 leitet Dr. Elsayad
die Abteilung "Advanced Microscopy" der "Campus Science Support
Facility" (CSF), die wissenschaftliche Dienstleistungen für
Unternehmen und Institutionen anbietet.

Über Katrin Heinze

Dr. Katrin Heinze wurde 1973 in Georgsmarienhütte geboren. Sie
studierte Physik an der Universität Oldenburg und ging anschließend
an das Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie, wo sie in der
Gruppe von Prof. Schwille über Fluoreszenz-Korrelationsverfahren
promovierte. Nach einem Forschungsaufenthalt in Dresden verbrachte
Dr. Heinze die folgenden Jahre als Postdoc in der Gruppe von Prof.
Wiseman an der McGill Universität in Montreal (QC, Canada). Von 2007
bis 2010 leitete Katrin Heinze die Abteilung "Optical Engineering" am
IMP. Seit 2011 ist sie Gruppenleiterin am Rudolf-Virchow-Zentrum der
Universität Würzburg.

Über das IMP

Das Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie betreibt in Wien
biomedizinische Grundlagenforschung und wird dabei maßgeblich von
Boehringer Ingelheim unterstützt. Mehr als 200 ForscherInnen aus über
30 Nationen widmen sich der Aufklärung grundlegender molekularer und
zellulärer Vorgänge, um komplexe biologische Phänomene im Detail zu
verstehen und Krankheitsmechanismen zu entschlüsseln.

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