Anfang Februar hat das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Verbundprojekt „LiveCell3DNanoscopy“ seine Arbeit aufgenommen. Unter Federführung der Abberior Instruments GmbH sollen in den kommenden drei Jahren neue Methoden der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie insbesondere für Lebendzellanwendungen erforscht werden. Ziel des Projekts ist es, neue Methoden und Instrumente zur Untersuchung der molekularen Ursprünge von Krankheiten bereitzustellen.
Mit Licht gelingt die Darstellung von Abläufen in lebenden Zellen in kurzer Zeit und berührungslos – also ohne die zellulären Prozesse zu stören oder sie zu beeinflussen. Mit der höchstauflösenden Fluoreszenzmikroskopie, deren Erfinder 2014 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurden, lassen sich heute auch Strukturen abbilden, die zuvor wegen ihrer geringen Größe einer lichtmikroskopischen Untersuchung nicht zugänglich waren. Den Lebenswissenschaften steht damit ein mächtiges neues Werkzeug zur Verfügung, um die Entstehung von Erkrankungen auf molekularer Ebene besser zu verstehen.
Allerdings wird die hochauflösende Mikroskopie bislang vorwiegend zur Untersuchungen fixierter Präparate eingesetzt, da sie bislang sehr hohe und für lebende Zellen potenziell toxisch wirkende Lichtintensitäten erfordert. Insbesondere hochaufgelöste 3D-Darstellungen lebender Zellen sowie deren Organellen und Proteinkomplexe sind aus diesem Grund nur in Ausnahmefällen möglich. Erschwerend kommt hinzu, dass etablierte Immunofluoreszenz-Markierungen nicht anwendbar sind und für lebende Zellen oder Zellstrukturen spezielle Markierungsmethoden und -farbstoffe angewendet werden müssen. Dagegen sind für die biomedizinische Forschung Zell- und Gewebemodelle von besonderem Interesse, deren Entwicklung über lange Zeiträume – Stunden bis Tage – beobachtet werden kann.
Das nun unter Koordination von Abberior Instruments GmbH gestartete und auf drei Jahre angelegte Verbundprojekt hat sich zum Ziel gesetzt, die Lebendzell-Nanoskopie auf breiter Basis zu etablieren und nutzbar zu machen. Zu diesem Zweck soll die prinzipiell probenschonende RESOLFT-Mikroskopie, sowie die Protected-STED und ähnliche neue Verfahren zu einem neuen höchstauflösenden Mikroskop (Nanoskop) für Anwendungen in lebenden Zellen oder deren Substrukturen kombiniert werden. Gleichzeitig sollen neue Markierungsstrategien und -farbstoffe für lebende Zellen erforscht werden. Am Ende soll ein Mikroskop mit höchster 3D-Auflösung stehen, das mit geringstmöglicher Lichtdosis und -intensität eine Auflösung von 25 nm oder besser in allen drei Raumrichtungen erreicht.
Das LiveCell3DNanoscopy-Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Initiative „Ultrasensitiver Nachweis und Manipulation von Zellen bzw. Geweben und ihren Molekularen Bestandteilen“ mit rund 2,4 Millionen Euro gefördert.
Die Projektpartner
Abberior Instruments GmbH ist ein führender Anbieter von innovativen, hochauflösenden STED- und RESOLFT-Forschungsmikroskopen mit einem starken Fokus auf kundenspezifischen Mikroskopielösungen. Das Unternehmen ist zudem spezialisiert auf die Entwicklung und Vermarktung innovativer Fluoreszenzfarbstoffe, insbesondere für Anwendungen in der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie. Farbstoffe für Lebendzellfärbungen stellen einen aktuellen Schwerpunkt der Entwicklung und der Erweiterung des Produktportfolios dar.
Die Abteilung NanoBiophotonik von Nobelpreisträger Prof. Dr. Stefan W. Hell am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen hat die höchstauflösende Fluoreszenzmikroskopie als neues Forschungsfeld begründet. Professor Hell ist Erfinder der STED-Mikroskopie, der RESOLFT-Mikroskopie sowie zahlreicher innovativer Weiterentwicklungen dieser Methoden. Mit der Vorstellung der MinFlux-Technologie gelang kürzlich ein weiterer Meilenstein in der Entwicklung der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie.