Projekt erweitert Grenzen der Mikroskopie Mikroskop webt Bilder aus Licht

Anbieter zum Thema

Universität Bielefeld

Kern & Sohn GmbH

BRAND GMBH + CO KG

SIM Scientific Instruments Manufacturer GmbH

Mit einem neuen Mikroskop wollen Forscher sichtbar machen, was bisher verborgen blieb. Durch eine Überlagerung von Aufnahmen erzielen sie eine Auflösung unterhalb des Beugungslimits von Licht und bilden damit Strukturen in bislang unerreichter Präzision ab. Ein Prototyp ist bereits in Planung.

„Wir machen das noch Unsichtbare sichtbar.“ Das und nicht weniger ist das erklärte Ziel von Janina Niemeyer, die als wissenschaftliche Hilfskraft im Forschungsteam um Dr. Henning Ortkraß und Dr. Marcel Müller arbeitet. Dazu entwickeln die Wissenschaftler ein neues Mikroskop mit der Bezeichnung Lightweaver. Es soll zu einer universellen Lösung für Fragen in der Biomedizin, Pharmazie und der Grundlagenforschung werden – vor allem, wenn es darum gehe, Prozesse auf Subzellebene mit zeitlicher Dynamik abzubilden. Und auch in lebenden Zellen biete das Mikroskop neue Möglichkeiten.

„Unser Mikroskop ist ein hochkomplexes System: optisch, mechanisch und elektronisch“, erklärt Ortkraß, einer der beiden Forschungsleiter. „Wir erzielen ein mehr als zehnfach größeres Bildfeld als bisher möglich war.“ Der Physiker forscht schon länger in der angewandten Photonik rund um superauflösende Fluoreszenzmikroskope und hat in dem Bereich promoviert. Jetzt hat er mit seinem siebenköpfigen Team ein Ziel: „Wir wollen unseren Prototypen in die Anwendung bringen und dann natürlich in der Praxis testen.“

Mikroskopietechnik zur Untersuchung von Energiematerialien

Holographie trifft Spektroskopie: Dynamik ultraschneller Prozesse „filmen“

Wie funktioniert das Super-Mikroskop?

Das Mikroskop hat eine Auflösung unterhalb des Beugungslimits von Licht. Diese „Superauflösung“ wird durch strukturierte Beleuchtung der Probe erzielt. „Wir projizieren ein Streifenmuster in die Probe, nehmen dann mehrere Bilder von der Probe mit verschobenem Streifenmuster auf und können dadurch eine zweifache Auflösungserhöhung erzielen“, erklärt Ortkraß. Besonders seien hier die gute Bildrate und das große Bildfeld. Mit dem Mikroskop können kleinste Bestandteile von Zellen und ihre Prozesse sichtbar gemacht werden. „Unser System ist sehr kompakt“, sagt Ortkraß.

Der nächste Schritt: Vom Demonstrator zum Prototyp

Den optischen Aufbau hat das Forschungsteam in den vergangenen fünf Jahren in der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Thomas Huser entwickelt. In dieser Zeit wurde das Projekt über 14 Monate durch die Fördermaßnahme Start-up Transfer.NRW unterstützt. Dabei ging es darum, ein möglichst leistungsstarkes, robustes Gerät zu bauen. Auch Patente für diesen Aufbau wurden bereits angemeldet.

Aus dem bereits konstruierten Demonstrator-Mikroskop wollen die Forschenden einen Prototyp entwickeln. An diesem soll dann potenziellen Kunden die Anwendung des Mikroskops gezeigt werden.

Ein Fokus wird auch auf der Vermarktung und der Etablierung auf verschiedenen Märkten liegen. „Wir möchten unsere Arbeit im nächsten Schritt nach außen tragen, damit davon möglichst viele Leute profitieren können“, sagt Janina Niemeyer. „Es geht dabei nicht nur um Grundlagenforschung, sondern darum, dass Krankheiten in Zukunft besser diagnostiziert und behandelt werden können.“

Bisher kommen Anfragen vor allem aus dem akademischen Bereich – zum Beispiel aus Oxford oder von der Johns-Hopkins-Universität. Außerdem bestehen bereits Kontakte in die Pharmaindustrie, zum Beispiel mit Bayer Crop Science und Partex AI Labs GmbH in Regensburg. Darauf soll aufgebaut werden.

Anwendung des Mikroskops für personalisierte Medizin

In Zukunft sollen mithilfe des Lightweaver-Mikroskops Fragen beantwortet werden wie „Wie werden Medikamente verstoffwechselt?“, „Sind bestimmte Medikamente schädlich für die jeweiligen Risikopatienten?“ oder „Wie sind die Wechselwirkungen verschiedener Medikamente?“

Bisher wurde in EU-Projekten an dem Mikroskop gearbeitet, um mit Projektpartnern Leberzellen zu untersuchen, die den Stoffaustausch zwischen Blut und Lebergewebe regulieren. Die Forschenden konnten zeigen, wie diese Zellen ihre Filterfunktion durch die dynamische Veränderung kleiner Poren anpassen und dadurch die Aufnahme von Wirkstoffen beeinflussen. So können Forscher besser verstehen, wie Leberzellen auf Medikamente reagieren und vor allem welche Wechselwirkungen dabei entstehen. Dabei geht es darum, die Auswirkungen mehrerer gleichzeitig eingenommener Medikamente auf die Leber – vor allem bei Risikopatienten – besser vorherzusagen, um Nebenwirkungen zu vermeiden.

Außerdem setzt das Forschungsteam auf die Anwendung des Mikroskops zur Wirkstoffentwicklung in der Pharmaindustrie.

(ID:50909812)