Spinning Disk Konfokales Laserscanmikroskop

• Fachliche Zuordnung: Medizin
• Förderung: Förderung in 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417424858

Das zu beschaffende Mikroskop soll das live cell imaging von fluoreszenzmarkierten Einzelzellen und Zellen im Gewebeverband ermöglichen. Da es von mehreren Arbeitsgruppen, die im neu gegründeten Zentrum für Pharmaverfahrenstechnik (PVZ) der TU Braunschweig tätig sind, genutzt werden soll, soll das Messprinzip flexibel sein, um den unterschiedlichen Anforderungen der Zell- und Gewebemodelle gerecht zu werden. In der Z-Dimension soll die Auflösung die Darstellung mehrerer Ebenen pro Zelle ermöglichen, in X/Y-Dimension ist eine Hochauflösung, jedoch nicht notwendigerweise eine Superauflösung erforderlich. Auch schnellere Vorgänge sollen mit hoher örtlicher Auflösung darstellbar sein (z.B. mit Bildraten von 10 Hz und mehr), ohne dass es zu photobleaching oder phototoxischen Effekten wegen zu hoher Intensität der Fluoreszenzanregung kommt. Der Aspekt der Probenschonung ist auch für längerfristige Messungen an kontinuierlich umströmten Zellen entscheidend wichtig. Dabei soll die Eindringtiefe möglichst groß sein, damit nicht nur Einzelzellen oder Monolayer, sondern auch mehrlagige Zellaggregate ("3D-Organoide") gemessen werden können. Die Breite dieser Anforderungen kann durch die spinning disk Konfokalmikroskopie abgedeckt werden. In der konventionellen konfokalen Laserscan Mikroskopie wird mit einem einzigen Laserstrahl die Probe rasterförmig abtastet. Die erzeugte Fluoreszenz wird mit einem Photomultiplier gemessen und aus der Vielzahl der einzelnen Rasterpunkte wird ein Bild zusammengesetzt. In der "spinning disk"-Variante wird durch eine rotierende spiralförmig gelochte Scheibe simultan eine Vielzahl von Bildpunkten erzeugt, die auf einen Kamerachip projiziert werden. Die Bildentstehung ist also von Anfang an zweidimensional. Der Nachteil dieses Verfahrens war lange Zeit die geringe Lichtstärke. Durch Fokussierung des Anregungslichts auf die pinholes der Lochmatrix (z.B. durch eine ebenso strukturierte zweite Scheibe mit Mikrolinsen) wurde eine deutliche Steigerung der Anregungsintensität erreicht. Auf Seiten der Detektion stellt die Entwicklung der sCMOS-Kameras einen wichtigen Fortschritt für die spinning disk Lasermikroskopie dar, da sie eine hohe Sensitivität mit kleiner Pixelgröße in einem relativ großen Chip vereinen. Durch die mehrfache Abtastung eines Objektpunkts, ggf. auch mit hoher Frequenz (entsprechend der variablen Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe), kann die Anregungsenergie wesentlich niedriger als bei der konventionellen Konfokalmikroskopie gehalten werden, gleichzeitig ist die Bildaufnahmerate wesentlich höher. Das kann die Aufnahme veränderlicher Zustände in mehreren Tiefenebenen (z-stack) einer Zelle ermöglichen, ohne daß es zu systematischen Verzerrungen (aliasing) kommt. Diese Eigenschaften machen die spinning disk Konfokalmikroskopie in ihrem jetzigen Entwicklungsstand zu einer vielseitig einsetzbaren Methode, um zelluläre Funktionszustände mit hoher zeitlicher und örtlicher Auflösung zu beschreiben.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Spinning Disk Konfokales Laserscanmikroskop
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Technische Universität Braunschweig
• Leiter: Professor Dr. Ingo Rustenbeck