Forschung Zelluläre und Molekulare Bildgebung in der Anatomie
Die Lichtmikroskopie ist seit jeher ein beliebtes Instrument, um kleinste Strukturen sichtbar zu machen und hat vor allem in den Lebenswissenschaften eine enorme Bedeutung. In der mikroskopischen Anatomie werden Mikroskope verwendet, um den Aufbau von Geweben und Organen zu studieren. Unterschiedlich Zelltypen wie zum Beispiel Epithelzellen in der Haut oder Drüsenzellen haben im Allgemeinen eine sehr charakteristische Form. Umgekehrt lassen sich aus der Form und dem Aufbau von Zellen oder ihren pathologischen Veränderungen Rückschlüsse auf ihre spezifische Funktion im Körper ziehen. Wir nutzen neue, superauflösende Lichtmikroskopie um insbesondere Synapsen, Verknüpfungen zwischen Nervenzellen, im lebenden Gewebe sichtbar zu machen.
Superauflösende Lichtmikroskopie
Konventionelle Lichtmikroskope sind durch das so genannte Beugungslimit in ihrer räumlichen Auflösung auf ~ 200 Nanometer begrenzt. Dadurch können kleinste, zelluläre Strukturen nicht dargestellt werden. Vor einigen Jahren gelang jedoch der Durchbruch und die Auflösungsgrenze konnte vollständig umgangen werden, was einer kleinen Revolution in der Lichtmikroskopie gleichkam. In den 90’er Jahren erfand Prof. Dr. Stefan W. Hell (Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften, Göttingen) die STED Mikroskopie, mit der zum ersten Mal Strukturen unterhalb des Beugungslimits mit einem Fernfeld-Lichtmikroskop dargestellt werden konnten.
Die STED Mikroskopie verwendet dafür zusätzlich zum Anregungslicht einen zweiten Lichtstrahl, der die Fluoreszenz im äußeren Bereich der Anregung durch stimulierte Emission ausschaltet (engl. STimulated Emission Depletion) und somit nur Fluoreszenz aus einem kleinen Bereich im Zentrum zulässt.
Inzwischen gibt es weitere Methoden, welche die Auflösungsgrenze umgehen und unter dem Namen Nanoskopie oder Superauflösung (engl. Super-resolution) zusammengefasst werden. Unser Ziel ist es, die STED Mikroskopie insbesondere für Anwendung im Gewebe zu verbessern.
Plastizität synaptischer Nanostrukturen
Synapsen sind eine wichtige Schaltstelle im Gehirn, an der Informationen weitergeleitet und verarbeitet werden. Veränderungen in der Verschaltung zwischen Neuronen und/oder der Stärke der synaptischen Transmission sind elementare Bausteine für unser Gedächtnis und Kognition. Die winzige Größe von Synapsen erschwert zwar die konventionelle Bildgebung, macht sie aber zugleich zu einem idealen Untersuchungsobjekt für die STED Mikroskopie. Da eine Nervenzelle sehr viele Kontakte gleichzeitig ausbildet und für eine volle Funktionalität möglichst alle Kontakte erhalten bleiben sollen, erfolgt die Untersuchung am besten direkt im Gewebe, also im intakten Verbund mit den umliegenden Nervenzellen. Wir haben in den letzten Jahren bereits die STED Mikroskopie genutzt, um dendritische Dornfortsätze und Synapsen im lebenden Gewebe abzubilden.