Wenn das Unsichtbare sichtbar wird: Dieses Mikroskop hat eine Auflösung von 5 Nanometern

Die Beobachtung von Zellstrukturen spielt eine Schlüsselrolle in der Wissenschaft, insbesondere um grundlegende biologische Prozesse zu verstehen. Herkömmliche Mikroskope, obwohl für viele Anwendungen wirksam, sind jedoch durch ihre Auflösung begrenzt, die es nicht erlaubt, die kleinsten Strukturen innerhalb der Zellen sichtbar zu machen.

Diese Grenze liegt bei etwa 200 Nanometern und schränkt unser Verständnis einiger wesentlicher Aspekte ein, wie z. B. der Interaktionen innerhalb einer Zelle oder zwischen Zellen, die oft mit den aktuellen Techniken unsichtbar bleiben.


Forscher stehen vor erheblichen Herausforderungen, wenn sie versuchen, so kleine Strukturen wie die Röhren zu beobachten, die das Zytoskelett der Zellen bilden und nur sieben Nanometer im Durchmesser haben. Ebenso misst der synaptische Spalt, der zwei Nervenzellen oder eine Nervenzelle und eine Muskelzelle trennt, zwischen 10 und 50 Nanometern. Diese Maße liegen weit unterhalb dessen, was traditionelle Mikroskope erfassen können, wodurch diese kritischen Bereiche für Wissenschaftler praktisch unsichtbar werden. Das Fehlen präziser Details in diesem Maßstab beschränkt das Verständnis der zellulären Mechanismen.

Angesichts dieser Hindernisse haben Forscher der Universitäten Göttingen und Oxford in Zusammenarbeit mit dem Universitätsmedizinischen Zentrum Göttingen (UMG) ein innovatives Fluoreszenzmikroskop entwickelt. Dieses Mikroskop basiert auf der Technik der "Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie", die es erlaubt, Strukturen mit beispielloser Präzision zu visualisieren. Diese Methode besteht darin, fluoreszierende Moleküle in einer Probe an- und auszuschalten, um deren genaue Position zu bestimmen. Durch diesen Ansatz kann die gesamte Struktur der Probe anhand der genauen Lokalisierung jedes fluoreszierenden Moleküls modelliert werden.

Das Team unter der Leitung von Professor Jörg Enderlein an der Fakultät für Physik der Universität Göttingen hat dieser Technik bedeutende Verbesserungen hinzugefügt. Durch die Integration eines ultrasensitiven Detektors und den Einsatz spezialisierter Datenanalyse haben sie es geschafft, die Auflösung zu verdoppeln, von 10-20 Nanometern auf 5 Nanometer. Dieser Fortschritt ermöglicht es, bisher unsichtbare Details zu offenbaren, insbesondere in den Verbindungsbereichen zwischen zwei Nervenzellen, wo die Organisation der Proteine jetzt mit äußerster Präzision beobachtet werden kann.

Neben ihrer Leistung zeichnet sich diese Technologie durch ihre Benutzerfreundlichkeit und ihre relativ geringen Kosten aus. Die Forscher betonen, dass dieser neue Ansatz dank der Entwicklung einer Open-Source-Software für die Datenverarbeitung in der Forschung weit verbreitet werden könnte. Diese Software, die allen zur Verfügung steht, würde es anderen Wissenschaftlern ermöglichen, von dieser fortschrittlichen Technologie ohne größere finanzielle oder technische Hindernisse zu profitieren.

Die Entwicklung dieses hochauflösenden Mikroskops stellt einen bedeutenden Fortschritt für die Mikroskopie und die Zellbiologieforschung dar. Indem es das Unsichtbare sichtbar macht, ebnet es den Weg zu neuen Entdeckungen über das innere Funktionieren der Zellen und über die Interaktionen im nanometrischen Maßstab, die zuvor unerreichbar waren. Diese Technologie könnte unser Verständnis biologischer Prozesse transformieren und neue Perspektiven im Bereich der medizinischen Forschung bieten.