Kleinste Zellbestandteile in 3D erkennen

Neues Mikroskop macht Details sichtbar, ohne dass die Zellstruktur zerstört werden muss

Zellkern unterm Mikroskop
Zellkern unterm Mikroskop

Berlin - Forscher des Helmholtz-Zentrums Berlin haben ein Röntgenmikroskop entwickelt, mit dem sie erstmals die Ultrastrukturen von Säugetierzellen, also die kleinsten Bestandteile in derem Inneren, bis auf 30 Nanometer genau abbilden können. Dieser Abstand entspricht weniger als einem Zehntausendstel der Dicke eines menschlichen Haares. In Zukunft könnten so etwa das Eindringen von Viren oder Nanopartikeln in die Zelle oder sogar in den Zellkern beobachtet werden.

Gerd Schneider vom Helmholtz Zentrum Berlin entwickelte das neue Gerät für die Röntgen-Nanotomographie gemeinsam mit Kollegen des amerikanischen National Cancer Institutes. Sie untersuchten damit Krebszellen von Mäusen und erkannten auf den Aufnahmen Hülle und Membran des Zellkerns samt der darin liegenden Poren und Kanäle sowie Einschlüsse in den Zellorganellen. Das Mikroskop liefert davon ein 3D-Bild in einem Schritt, ohne die Zelle zu beschädigen, sie muss vor der Untersuchung lediglich eingefroren werden. Bei anderen Verfahren, wie der Elektronenmikroskopie, müssen Forscher die Zelle dagegen in dünne Schichten zerschneiden, die sich dann einzelnen durchleuchtet werden können. Eine andere Methode, die Fluoreszenz-Mikroskopie, macht nur die Bestandteile sichtbar, die zuvor chemisch eingefärbt wurden. Das neue Röntgenmikroskop kommt mit dem natürlichen Kontrast zwischen organischer Materie und Wasser aus.

Um die hohe Auflösung zu erreichen, nutzen die Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums teilkohärentes Licht aus dem Beschleuniger BESSY II. Lichtwellen sind dann kohärent, wenn sie im Gleichtakt mit einem festen zeitlichen oder räumlichen Abstand zueinander schwingen. Sie können sich dabei vollständig verstärken oder auslöschen, mit teilkohärentem Licht erzeugen Wissenschaftler eine begrenzte Verstärkung, die Kontraste in kleinen Strukturen hervortreten lässt.