Hell-Lab Ultrafast

Dem Forscherteam um Stefan Hell am Deutschen Krebsforschungszentrum gelang ein weiterer Meilenstein auf dem Gebiet der hochauflösenden STED-Nanoskopie: Der Laserfokus bewegt sich nun 4000 mal schneller als bisher.

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Stefan Hell hält die Eröffnungs-Lecture bei der 65. Lindauer Nobelpreisträgertagung, Copyright: LNLM

Stefan Hell wurde letztes Jahr mit dem Chemie-Nobelpreis für „die Entwicklung der super-auflösenden Fluoreszenzmikroskopie“ geehrt. Die beiden weiteren Preisträger sind die amerikanischen Wissenschaftler William E. Moerner und Eric Betzig. Alle drei Wissenschaftler hielten auf der diesjährigen Lindauer Nobelpreisträgertagung aktuelle Lectures zum Thema.

Hells besonderes Verdienst ist es, die räumliche Auflösung der Aufnahmen extrem gesteigert zu haben. Er und sein Team entwickelten dafür das sogenannte STED-Mikroskop (STED=Stimulated Emission Depletion), das – unter Umgehung der Abbe’schen Auflösungsgrenze – Strukturen mit einer größeren Detailschärfe und einem Zugewinn an strukturellen Informationen darstellt.

Nun war es das logische nächste Ziel, neben der räumlichen Auflösung auch die zeitliche an die Grenzen des Möglichen zu führen. Die große Herausforderung dabei ist es, eine genaue Ortsauflösung und trotzdem noch stochastische Bewegungserfassung zu erreichen. Dauert das einzelne Bild zu lange, verwischt das Bild. Gewünscht wird also die Möglichkeit, schnell eine hohe Anzahl von Bildern in direkter Abfolge aufzunehmen. Der jüngst in Nature Methods erschienenen Veröffentlichung nach scheint dies gelungen zu sein.

Team DKFZ Hell

Das Team von Stefan Hell am DKFZ. Jale Schneider (v. Reihe, zweite von rechts) wurde bei ihrer Arbeit von Johann Engelhardt (v. Reihe, rechts außen) unterstützt. Copyright Foto: DKFZ

Jale Schneider gelingt technischer Durchbruch

Die Diplom-Ingenieurin und Erstautorin der Publikation, Jale Schneider, entwickelte während ihrer Doktorarbeit ein neues technisches Verfahren, mit dem Laserstrahlen die Proben in bisher nicht gekannter Geschwindigkeit abtasten, und somit auch hochaufgelöste Bilder von dynamischen Vorgängen liefern. Jale Schneider, Jahrgang 1981, studierte Elektrotechnik und Informationstechnik an der RWTH Aachen mit Vertiefungsrichtung Medizintechnik. Seit 2008 arbeitet sie am DKFZ Heidelberg in der Arbeitsgruppe für Optische Nanoskopie. Das Kernstück ihrer Arbeit stellt das Scannersystem dar, das aus drei Elementen besteht, wie sie schreibt: „Schnelle Strahlablenkung, schnelle Detektionseinheit und das FPGA-(Field Programmable Gate Array)basierte Steuerungs- und Datenverarbeitungssystem.“ Im Hell-Lab für Optical Nanoscopy entstand daraus nun das schnellste Nanoskopie-Verfahren weltweit.

Eine hohe zeitliche Auflösung wird überall dort benötigt, wo Vorgänge so schnell ablaufen, dass man sie nur durch eine ganze Serie von Aufnahmen im Detail beobachten kann. Dabei geht es konkret zum Beispiel um das Sichtbarmachen von Transportvorgängen in lebenden Zellen oder auch von Viren, die vor dem Eintritt in eine Zelle deren Oberfläche erkunden. Tatsächlich konnten in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Heidelberg und der Freien Universität Berlin die Bewegung von Vesikeln in Nervenzellen von Fliegenlarven sichtbar gemacht werden. Auch Aids-Viruspartikel konnten vor und während dem Eindringen in die Zelle aufgenommen werden. Die Weiterentwicklung der STED-Technik ist auf die Anwendung in der Medizin ausgerichtet und findet in enger Abstimmung mit dieser statt. Dass sich die Abteilung Optical Nanoscopy direkt im DKFZ befindet, ist ein Gewinn für beide Seiten.

Das DKFZ war übrigens so erfreut über Stefan Hells Nobelpreis, dass dieser bei einer großen Feier im Oktober letzten Jahres die Einrichtung einer nach ihm benannten Nachwuchsgruppe geschenkt bekam. Wir freuen uns auf Forschungsmeldungen von dort!


Slider: Stefan Hell, Copyright LNLM

 

Stephanie Hanel

About Stephanie Hanel

Stephanie Hanel is a journalist and author. Her enthusiasm for the people behind science grew out of her work as an online editor for AcademiaNet, an international portal that publishes profiles of excellent female scientists. She is an interested observer of new communication channels and narrative forms as well as a dedicated social media user and science slam fan.

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