Darstellung der Paxillin-Verteilung an der Anheftungsstelle einer Melanomzelle der Maus. - © IMP
Darstellung der Paxillin-Verteilung an der Anheftungsstelle einer Melanomzelle der Maus. - © IMP

Wien. Ein neues Mikroskopie-Verfahren haben Forscher des Wiener Instituts für Molekulare Pathologie (IMP) in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität (TU) Wien entwickelt. Mit nur einer einzigen Messung und somit ohne Scan-Vorgang können sie damit ein dreidimensionales Bild einer untersuchten Probe, zum Beispiel einer Zelle, erzeugen. Das Verfahren wird diese Woche im US-Fachmedium "Proceedings of the National Academy of Sciences" (Pnas) vorgestellt.

Um kleinste Strukturen oder Objekte zu analysieren, sind heute je nach Fragestellung und Aufbereitung der Proben verschiedene Mikroskopie-Verfahren üblich. Bei vielen dieser Techniken ist es erforderlich, eine Probe mehrmals zu scannen, um ein Bild mit Tiefenwirkung zu erzeugen. Da dies vor allem für empfindliche und dynamische Proben ein Problem ist, suchte man am IMP einen Weg, diese Schwierigkeit zu umgehen, und fand ihn auch.

Zur mikroskopischen Analyse fixierter oder lebender Zellen bediente sich der IMP-Forscher Kareem Elsayad aus der Arbeitsgruppe von Katrin Heinze einer speziellen Form der Lichtmikroskopie, der Fluoreszenz-Mikroskopie. Dabei werden Fluoreszenzfarbstoffe, sogenannte Fluorophore, mit Licht einer Wellenlänge angeregt und strahlen dadurch dann selbst Licht einer anderen Wellenlänge ab. Für seinen Aufbau verwendete Elsayad eine sogenannte biokompatible Nanostruktur: einen Objektträger aus Quarz mit einer dünnen Beschichtung aus Metall und Dielektroden. Die verwendete Probe markierte er mit Fluorophoren und positionierte sie darüber. Die neue Technik beruht darauf, dass Positionsinformation in Farbinformation des Lichtspektrums umgewandelt und gemessen wird.

"Das Emissionsspektrum eines fluoreszierenden Farbstoffes über diesem Aufbau ist abhängig von seiner Position. Die Positionsinformation des Fluorophors wird in Farbe umgewandelt, und die messen wir", erklärt Elsayad vereinfacht, wie es zur Bildgebung kommt. Mit seiner Methode benötigt er nur eine einzige Messung und ist zeitlich unabhängig von der Scan-Geschwindigkeit oder der Anregung der Fluorophore.

Elsayad und Heinze konnten beweisen, dass ihre Methode auch in der Praxis funktioniert. Gemeinsam mit Kollegen vom Imba (Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften) nutzten sie die neue Technik, um Paxillin, ein Protein, das für Zelladhäsion wichtig ist, in lebenden Zellen zu markieren und zu untersuchen. "Generell gibt es eine Vielzahl an möglichen Weiterentwicklungen und Anwendungen für unsere Methode", sagt Elsayad. "Etwa das Sequenzieren von DNA. Allerdings müsste man dafür noch viel Zeit und Geld investieren." Das breite Interesse an der neuen, patentierten Technik zeigen auch erste Anfragen von großen Optik-Unternehmen.

Super-Labor an Uni Wien


Gestern, Donnerstag, wurde an der Universität Wien das "Vienna UltraStem Lab" eröffnet, ein Elektronenmikroskopie-Labor auf dem allerneuesten Stand der Technik, "das es in dieser Form noch nirgends auf der Welt gibt", freut sich Laborleiter Jannik Meyer von der Gruppe Physik Nanostrukturierter Materialien der Fakultät für Physik. Ein neues, nach Vorgaben Meyers in den USA zusammengebautes, drei Millionen Euro teures Raster-Transmissionselektronenmikroskop (Stem) soll innovative Ansätze in der Materialphysik erlauben. Man kann damit einzelne Atome bei einer sehr geringen Elektronenenergie betrachten, auch nur eine Atomlage dünne Materialien wie Graphen.

Meyer hat heuer für die Entwicklung von Analysemethoden für Graphen vom Europäischen Forschungsrat (ERC) einen mit rund 1,5 Millionen Euro dotierten "Starting Grant" erhalten.