Die ultrahochauflösende Fluoreszenzmikroskopie ermöglicht es, Abläufe in Zellen mit zehnmal besserer Detailschärfe zu untersuchen.

Konfokales Übersichtsbild (links) und fünffach beschleunigte STED-Aufnahme (rechts)

Einem Forscherteam des Laser-Laboratoriums Göttingen (LLG) ist es nun gelungen, die Bildaufnahme in der STimulated Emission Depletion (STED)-Mikroskopie um nahezu eine Größenordnung zu beschleunigen. Hierdurch können zukünftig auch sehr schnell ablaufende molekulare Prozesse in Echtzeit verfolgt werden.

Für die Bildaufnahme in der STED-Mikroskopie wird der zu untersuchende Bereich typischerweise Punkt für Punkt abgerastert. Dies geschieht bisher unabhängig von der Probenstruktur. Die resultierende Aufnahmegeschwindigkeit ist daher vergleichsweise langsam, und schnell ablaufende biologische Prozesse wie beispielsweise die Bewegung von Vesikeln können oft nicht mit der gewünschten Bildfeldgröße oder zeitlichen Genauigkeit untersucht werden. Den Forschern des LLG ist es nun gelungen, die für die STED-Mikroskopie benötigte Aufnahmezeit lokal um bis zu einen Faktor 10 zu reduzieren. Entscheidend für den Erfolg waren dabei zwei Aspekte: Durch eine Modifikation des Scansystems kann das entwickelte Mikroskop jeden Punkt des gewählten Bildfeldes instantan adressieren und ist damit nicht auf die typische Rasterstruktur beschränkt. Außerdem wird das detektierte Signal während der Datenaufnahme von der Steuersoftware analysiert und daraus die nötige Aufnahmezeit ermittelt.

Die Kombination beider Aspekte ergibt ein „smartes“ Mikroskop, welches die Datenaufnahmezeit lokal selbstständig steuert und an die Probenstruktur anpasst. „Mit Hilfe dieser Technik konnten wir zeigen, dass in biologischen Proben problemlos fünfmal schneller aufgenommen werden kann bei nur 20% der bisher benötigten Lichtdosis“, sagt Erstautorin Britta Vinçon. „Damit ist der Aufnahmeprozess zudem deutlich probenschonender geworden“, erklärt Koautorin Dr. Claudia Geisler, und Prof. Dr. Alexander Egner betont das Potential der Methode: „Das neue Bildaufnahme-Konzept ermöglicht es uns, die Mikroskopie neu zu denken und völlig neue Anwendungen in den Lebenswissenschaften zu adressieren.“ Die jetzt veröffentlichten Erkenntnisse zeigen somit, dass die ultrahochauflösende Fluoreszenzmikroskopie auch in Zukunft nicht nur ein Werkzeug ist, sondern zugleich ein faszinierendes Objekt der Forschung bleiben wird.

Originalveröffentlichung: B. Vinçon, C. Geisler und A. Egner. Pixel hopping enables fast STED nanoscopy at low light dose. Optics Express (2020), doi: https://doi.org/10.1364/oe.385174

Herr apl. Prof. Dr. Alexander Egner
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