Neue Methode zeigt Zellen genauer denn je
Mehr sehen, wenn Medikamente auf Zellen wirken
Wie reagieren Zellen auf Medikamente? Eine neue Mikroskopietechnik liefert darauf künftig genauere Antworten. Forschende der Universitäten Bielefeld und Wien haben im europäischen Projekt CHEM-SCAN ein Verfahren entwickelt, das kleinste Zellstrukturen sichtbar macht und zugleich zeigt, wie sich ihre molekulare Umgebung verändert. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Optica veröffentlicht.
Fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen von Mitochondrien, die deren zeitliche Strukturveränderungen zeigen. Der Vergleich der Aufnahmen verdeutlicht die verbesserte Darstellung mitochondrialer Strukturen durch die SIMFLIM-Methode.
Optica
Die wichtigsten Fakten im Überblick:
- Das neue Verfahren erreicht eine Auflösung von 156 Nanometern und kann schnelle Vorgänge in lebenden Zellen erfassen.
- Es verbindet Superauflösungsmikroskopie mit einer Messung der Fluoreszenzlebenszeit und gewinnt dadurch zusätzliche Informationen über Zellen.
- Die Technik könnte helfen, Wirkungen und Nebenwirkungen von Medikamenten genauer zu untersuchen.
„Mit der Kombination aus Superauflösung und Fluoreszenzlebenszeitmessung können wir nicht nur sehen, wo sich bestimmte Moleküle in einer Zelle befinden. Wir erhalten zusätzlich Informationen darüber, in welcher molekularen Umgebung sie sich befinden“, sagt Dr. Henning Ortkraß, einer der Autoren der Studie, aus der Arbeitsgruppe von CHEM-SCAN-Projektleiter Professor Dr. Thomas Huser.
Mehr sehen, wenn Medikamente auf Zellen wirken
Die Forschenden kombinieren dafür zwei Verfahren: Die strukturierte Beleuchtungsmikroskopie (SIM) macht Zellstrukturen sichtbar, die für herkömmliche Lichtmikroskope zu klein sind. Die Fluoreszenzlebenszeitmessung (FLIM) untersucht, wie lange fluoreszierende Moleküle Licht aussenden. Diese Zeit kann sich abhängig von ihrer Umgebung verändern – etwa durch den pH-Wert.
Bisher ließ sich diese Information nur begrenzt mit hochauflösender Mikroskopie verbinden. Das neue FLIM-SIM-Verfahren ermöglicht nun gleichzeitig hohe Auflösung, schnelle Bildraten und ein großes Bildfeld. Die Forschenden konnten dies an einer Knochenkrebszelllinie demonstrieren.
Grundlage für bessere Wirkstoffforschung
Angewandt wird die Methode im Rahmen des vom Europäischen Rat für Innovation (European Innovation Council) geförderten Projekts CHEM-SCAN. Das Projekt untersucht unter anderem, wie Chemotherapeutika für die Krebstherapie so angepasst werden können, dass sie sowohl für Tumore, wie auch daraus entstandene Metastasen möglichst effizient wirken. Zur Untersuchung der Wirksamkeit werden spezielle Fluoreszenzfarbstoffe eingesetzt, die mithilfe von FLIM-Messungen Auskunft über den Zustand von Krebszellen liefern.
Je besser Forschende beobachten können, was Medikamente in einzelnen Zellen auslösen, desto genauer können sie Wirkungen und mögliche Schäden untersuchen. Die neue Mikroskopie könnte deshalb langfristig dazu beitragen, Arzneimittelwirkungen besser zu verstehen und neue Ansätze für die medizinische Forschung zu entwickeln.
Einschätzung von Professor Dr. Thomas Huser zum Thema: „Unsere Ergebnisse eröffnen eine neue Kontrastdimension für die Superauflösungsmikroskopie. Wir können die Feinstruktur von Zellen mit hoher Geschwindigkeit untersuchen und gleichzeitig Informationen über ihre molekulare Umgebung gewinnen. Das schafft eine wichtige Grundlage für zukünftige Anwendungen in der Lebendzell- und Wirkstoffforschung.“
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