Farbiger 3D-Blick in die Zelle

Neues Lichtmikroskop mit verdoppelter Auflösung

Mauszelle unter dem 3D-SIM-Mikroskop
Mauszelle unter dem 3D-SIM-Mikroskop

München/San Francisco (USA) - Für die Untersuchung von Zellen und biologischen Proben sind klassische Lichtmikroskope immer noch das Maß der Dinge. Doch während die Grenze der gerade noch aufzulösenden Strukturen bisher bei etwa 200 millionstel Millimeter (Nanometer) lag, erreichten Forscher der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in München jetzt mit einem neuen Lichtmikroskop - 3D-SIM-Mikroskop genannt - gleich die doppelte Auflösung. Wie sie in der Zeitschrift "Science" berichten, können damit farbige, dreidimensionale Innenansichten von Säugetierzellen in einer bisher nicht bekannten Detailtreue gewonnen werden.

"Mit dieser Technik können zelluläre Strukturen abgebildet werden, die von konventionellen Lichtmikroskopen nicht erfasst werden", sagt der LMU-Forscher Heinrich Leonhardt. Zusammen mit Kollegen von der University of California in San Francisco ist er sich sicher, dass dieses neue Mikroskop eine ganz neue Art der Analyse in den Lebenswissenschaften ermögliche.

Im Allgemeinen liegt die Grenze des Auflösungsvermögens bei optischen Mikroskopen bei der halben Wellenlänge des verwendeten Lichts. Doch wird das Objekt nicht gleichmäßig ausgeleuchtet, kann diese Grenze unterboten werden. Entsprechend entwickelten Leonhardt und Kollegen eine besondere Beleuchtungstechnik. Sie bestrahlten ihre Proben, wie beispielsweise Säugetierzellen, mit einem bekannten und sehr feinen Muster aus Lichtstrahlen. Dadurch entstehen Überlagerungen und Auslöschungen, so genannte Interferenzen. "Diese auf den ersten Blick störenden Interferenzmuster enthalten aber wertvolle Informationen", sagt Leonhardt. Auf den ersten Blick stören diese Effekte die Aufnahme, aber werden die entstehenden Interferenzmuster aufwändig in einem Computer analysiert, offenbaren sich kleinste Strukturen mit der Auflösung von etwa 100 Nanometern.

Leonhardt ist sich sicher, dass mit seiner 3D-SIM-Methode viele bisher nicht beobachtete Vorgänge in Zellen erstmals beobachtet werden könnten. Nicht nur farbige Schnappschüsse, auch ganze Filmsequenzen von Zellprozessen hält er im Prinzip für möglich. Da sein Mikroskop nicht viel komplizierter anzuwenden ist als ein normales Lichtmikroskop, rechnet Leonhardt mit einer baldigen Verbreitung unter Biologen. Schon im Laufe des nächsten Jahres soll der Weg vom 3D-SIM-Prototyp zum kommerziell erhältlichen Gerät führen.