Kompaktes Mikroskop macht bisher Unsichtbares sichtbar

„Unser Mikroskop ist ein hochkomplexes System: optisch, mechanisch und elektronisch“, erklärt Dr. Henning Ortkraß, Forschungsleiter aus Bielefeld. „Wir erzielen ein mehr als zehnfach größeres Bildfeld als es bisher möglich war“, sagt der promovierte Physiker, der schon länger in der angewandten Photonik rund um superauflösende Fluoreszenzmikroskope forscht. Mit seinem siebenköpfigen Team möchte er den Prototypen in die Anwendung bringen und in der Praxis testen. Dafür fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie das Projekt mit 1,15 Millionen Euro aus dem Programm EXIST-Forschungstransfer. „Wir machen das Unsichtbare sichtbar“, erklärt Janina Niemeyer, wissenschaftliche Hilfskraft im Lightweaver-Team. Das System soll zu einer universellen Lösung für Fragestellungen in der Biomedizin, Pharmazie und der Grundlagenforschung werden, etwa um Prozesse auf Subzellebene abzubilden.

Funktionsweise des Mikroskops

Das Mikroskop hat eine Auflösung unterhalb des Beugungslimits von Licht. Diese „Superauflösung“ wird durch eine 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. So entstehen eine besonders gute Bildrate und ein großes Bildfeld. Zudem können kleinste Bestandteile von Zellen und ihre Prozesse sichtbar gemacht werden. Dabei ist das neue System sehr kompakt. Bislang waren etablierte Systeme so groß wie ein bis zwei große Kühlschränke. Das neue Mikroskop hat die Größe einer Mikrowelle.

Bisherige Förderungen

Den optischen Aufbau hat das Forschungsteam in den vergangenen fünf Jahren in einer Arbeitsgruppe von Professor Dr. Thomas Huser entwickelt. Unterstützt wurde das Projekt durch die Fördermaßnahme Start-up Transfer.NRW. Ziel war ein möglichst leistungsstarkes, robustes Gerät. Auch Patente für den Aufbau wurden bereits angemeldet. Aus dem entstandenen Demonstrator-Mikroskop wollen die Forschenden einen Prototyp entwickeln. Ein weiterer Fokus wird auf der Vermarktung und der Etablierung auf verschiedenen Märkten liegen. „Wir möchten unsere Arbeit im nächsten Schritt nach außen tragen, damit möglichst viele Menschen davon profitieren können“, sagt 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 – beispielsweise aus Oxford oder von der Johns-Hopkins-Universität. Außerdem bestehen Kontakte in die Pharmaindustrie.

Personalisierte Medizin

In Zukunft möchten die Forschenden mithilfe des Lightweaver-Mikroskops wichtige Fragen beantworten, etwa: „Wie werden Medikamente verstoffwechselt?“, „Sind bestimmte Medikamente schädlich für die jeweiligen Risikopatientinnen/-patienten?“ oder „Wie sind die Wechselwirkungen verschiedener Medikamente?“

Bisherige EU-Projekte an dem neuen Mikroskop untersuchten mit Projektpartnern Leberzellen, 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. Dies bringt ein besseres Verständnis dafür, wie Leberzellen auf Medikamente reagieren und welche Wechselwirkungen dabei entstehen. Die Wissenschaftler möchten die Auswirkungen mehrerer gleichzeitig eingenommener Medikamente auf die Leber – vor allem bei Risikopatienten – besser vorhersagen, um Nebenwirkungen zu vermeiden. Daneben setzt das Forschungsteam auf die Anwendung des Mikroskops zur Wirkstoffentwicklung in der Pharmaindustrie.

Quelle: idw/Uni Bielefeld