Zelluläre Strukturanalyse mit optischer Nanoskopie

Die optische Analyse von Strukturen in Säugetierzellen, insbesondere in menschlichen Krebszellen, ist essentiell für ein mechanistisches Verständnis der Antwort der Zellen auf therapeutische Behandlungen, wie Bestrahlung oder der Einsatz von Chemotherapeutika. Beispielsweise können zelluläre Effekte in der DNA-Schadensreparatur und in der Zellkommunikation, die sich im Nanometerbereich abspielen, nur mithilfe hochauflösender optischer Analysen untersucht werden.

Aufgrund des Beugungslimits von Licht ist die konventionelle optische Epifluoreszenzmikroskopie mit einem maximalen Auflösungsvermögen von ca. 250 nm nur begrenzt für diese Analysen geeignet. Diese fundamentale Grenze wurde bereits im 19. Jahrhundert von Ernst Abbe beschrieben. Wissenschaftler haben allerdings mit der Entwicklung von modernen Mikroskopiemethoden Möglichkeiten gefunden diese Begrenzung zu umgehen und Auflösungen von 100 nm bis wenige 10 nm zu erreichen. Eine dieser Methoden ist die STED (stimulated emission depletion) Mikroskopie. Hier wird die räumliche Überlagerung von Anregungslaser und doughnutförmigem Abregungslaser ausgenutzt, um die Auflösung auf unter 100 nm zu verbessern. Für diese Erfindung wurde Stefan W. Hell 2014 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Am Institut für angewandte Physik und Messtechnik haben wir mit einem kommerziellen Leica TCS SP8 3X STED (stimulated emission depletion) Mikroskop die Möglichkeit detailgenau im Nanometerbereich die Anlagerung von Reparaturproteinen bei der DNA Doppelstrangbruchreparatur mitzuverfolgen und somit das Zusammenspiel zwischen verschiedenen Proteinen und der DNA zu untersuchen.

Das Mikroskop verfügt zusätzlich noch über eine installierte Klimakammer mit CO2-Versorgung, wodurch Studien an lebenden Zellen möglich sind. Die hochauflösende Lebend-Zell-Mikroskopie erlaubt uns Einblicke in die zelluläre Kommunikation über nanometergroße Zellmembrankanäle und somit die Vernetzung von Zellen untereinander mitzuerleben. Außerdem ist es möglich strukturelle Veränderungen von Zellorganellen live zu verfolgen und zu analysieren.

Wir bieten die Nutzung unseres STED Mikroskops sowohl für Studien von fixierten, als auch von lebenden Zellen für potentielle User in dem Gebiet der Strahlen- und der Zellbiologie an. Hierbei kann ein Biolabor mit allen für mikroskopische Experimente notwendigen Apparaturen, Zellkulturen und Färbe- und Mikroskopieprotokollen mitbenutzt werden. Das zur Verfügung stehende Personal ist auch gerne bereit neue Protokolle mit zu entwickeln und die Mikroskopie in Zusammenarbeit mit externen Nutzern durchzuführen.