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Mikroskopie

Aktuelle Entwicklungen in der Quantitativen Mikroskopie und dem High Content Screening

19.01.2009 | Redakteur: Olaf Spörkel

Die Redner und Moderatoren des Forums Mikroskopietrends ’08
Die Redner und Moderatoren des Forums Mikroskopietrends ’08

Mehr als 60 Wissenschaftler und Entwickler informierten sich auf dem PhotonicNet-Forum Mikroskopietrends ’08 am 18. Dezember in Göttingen über die aktuellen Trends in der Quantitativen Mikroskopie und dem High Content Screening.

Göttingen - Auf Einladung des niedersächsischen Kompetenznetzes für Optische Technologien treffen sich seit 2002 Wissenschaftler und Entwickler auf dem PhotonicNet-Forum Mikroskopietrends, um aktuelle Mikroskopiekonzepte zu diskutieren. Auf dem letzten Forum im Dezember 2008 wurden technologische Entwicklungen im Bereich des High Content Screenings sowie der Quantitativen Mikroskopie vorgestellt und Methoden zur Bearbeitung und Beobachtung lebender Zellen erörtert.

Gemeinsam mit Dr. Hans-Jürgen Hartmann, Geschäftsführer der PhotonicNet eröffnete Dr. Bernd Ohnesorge, Leiter des Geschäftsbereichs Lichtmikroskopie von Carl Zeiss MicroImaging, die Veranstaltung. Basierend auf der intensiven Kooperation zwischen Wissenschaft und Wirtschaft spiele nach den Ausführungen von Dr. Ohnesorge in erster Linie die anwendungsorientierte Forschung eine zentrale Rolle für die Entwicklung zukünftiger Trends. Eine wichtige Anforderung sei in dem wirkungsvollen Verknüpfen unterschiedlicher bereits am Markt etablierter und neuer Techniken zu sehen.

Diesen Ansatz verfolgt auch Leica Microsystems. Mit CAM (Computer Aided Microscopy) stellte Frank Sieckmann von Leica Microsystems, Mannheim, eine Methode vor, die es ermöglicht, bereits existierende Analyselösungen unabhängig von der Programmiersprache oder des verwendeten Betriebssystems als Clusterlösung von Mikroskopen, zu einem flexiblen ‚intelligent’ System zu kombinieren.

In enger Kooperation in dem EU-weiten Projekt MitoCheck sind Wissenschaftler des EMBL (European Molecular Biology Laboratory) und KIT (Karlsruhe Institute of Technology) in die Umsetzung involviert und präsentierten während des Forums ihre ersten Erfahrungen mit CAM. Der Zellbiologe Dr. Christian Conrad demonstrierte eine vollautomatische Plattform für RNAi-Screens, mit dem das EMBL an MitoCheck beteiligt ist. Mit dem System sollen sich die Vorgänge der Zellteilung genau untersuchen lassen, um möglichen Ursachen für den Beginn von Krebserkrankungen auf die Spur zu kommen.

Am Institut für Toxikologie und Genetik, KIT Karlsruhe, wurden Möglichkeiten zur systematischen Untersuchung zehntausender Zebrafisch-Larven entwickelt, die aufgrund ihrer optischen Transparenz bevorzugt als Modellorganismus in der Hochdurchsatzmikroskopie eingesetzt werden. Insbesondere die Bewältigung der hohen Datenflut, die mit der wachsenden Hochauflösung der mikroskopischen Bilder automatisch einhergeht, ist für viele Wissenschaftler ein entscheidendes Anliegen.

Die Schaffung der KIT Search Engine Initiative, einer Mikroskopie-Community mit dem Fokus auf das High Content Screening sowie die Einrichtung einer eigenen Screening Facility für MitoCheck am EMBL zeigen, welche große Bedeutung dem Thema derzeit beigemessen wird.

Ein weiteres Beispiel für die Vorteile der Methodenkombination zeigte Birgit Kraus vom Lehrstuhl für Pharmazeutische Biologie der Universität Regensburg. Bei der Bestimmung der Aufnahme und Toxizität von Substanzen kann die Untersuchung zellbasierter Assays durch Life Cell Imaging und High Content Analyse viele Antworten auf zelluläre Vorgänge und Informationen mit einem einzigen Experiment liefern.

Mikroskopische Beobachtung lebender Zellen

Die Dynamik molekularer Komplexe und die Aufschlüsselung von biomolekularen Wechselwirkungen in lebenden Zellen zu beobachten, ist ein noch junges Forschungsgebiet. Einen alternativen Weg der Analyse dynamischer Prozesse mit gleichzeitiger Quantifizierung bietet Carl Zeiss MicroImaging mit der Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie im Cellobserver mit integrierter Spinning Disk. Die Korrelationsmethode ermöglicht es, sowohl die Dynamik frei diffundierbarer Einzelmoleküle im ms-Bereich als auch deren Konzentration exakt zu messen. Wichtige Voraussetzung hierfür ist allerdings ein lineares Scannersystem.

Prof. Ulrich Kubitscheck von der Universität Bonn präsentierte neue Einsichten in die Bewegung spezifischer, nativer M-RNA-Moleküle in lebenden Zellkernen, die mit hochempfindlichen und schnellen fluoreszenzmikroskopischen Techniken der Einzelmolekülabbildung gewonnen werden konnten. Die 3D-structures illumination microscopy befähigte die Bonner Forscher, auf 20 – 30 nm genau einzelne Moleküle zu lokalisieren.

Prof. Karsten König von JenLab und Lehrstuhlinhaber an der Universität des Saarlandes referierte über seine Erfahrung mit dem Sub-20 Femtosecond Lasermikroskop im Bereich des Nanoprocessing. Mit einem sub-20 fs-Laser lassen sich spezielle Gene in Zellen einschleusen, Autofluoreszenz anregen, kontaminierte Areale entfernen oder Zellen isolieren. Die Methode findet vor allem in der Stammzellforschung Anwendung.

Im abschließenden Vortrag des Forums wurden neue Einsatzmöglichkeiten der Rasterkraftmikroskopie als Werkzeug in der biologischen Forschung vorgestellt. AFM (atomic force microscopy) ermöglicht mit Auflösungen bis zu 1 nm z.B. die Messung der chemischen Bindungsenergie an einem einzelnen Molekül oder an Komplexen, wie bei der Auffaltung der Doppelhelix eines DNA-Moleküls. Dr. Peter Schön stellte das BioScope von Veeco Instruments vor, das eine neue Kombination aus AFM und Fluoreszenzmikroskopie darstellt und das simultane Erheben verschiedener Parameter ermöglicht. Mit dem BioScope konnte gezeigt werden, dass die Fluoreszenz der Zellen nach mechanischer Reizung verstärkt wird und eine mechanische Reizung an der Zellmembran ein erhöhtes Ca-Signal zur Folge hat.

Das Forum Mikroskopietrends wurde von PhotonicNet und dem niedersächsischen Kompetenznetz für Optische Technologien in Kooperation mit Leica Microsystems und Carl Zeiss ausgerichtet.

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