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Der neue Sensor basiert auf einem speziellen Fluoreszenzprotein, aus dem bislang kein Biosensor entwickelt werden konnte / Veröffentlichung in „Nature Methods“
Ein Forschungsteam der Universität zu Köln hat gemeinsam mit Forschenden der Universität Tokio (Japan) einen Calcium-Sensor entwickelt, der die Aktivität von Nervenzellen im Gehirn besser darstellen kann als bisherige Sensoren. Der Sensor kombiniert erstmals die Vorteile roter und grüner Calcium-Sensoren: Er ist deutlich heller als bisherige rote Varianten und ermöglicht gleichzeitig tiefere Einblicke in das Gehirn. Die Studie wurde unter dem Titel „PinkyCaMP: an mScarlet-based calcium sensor with enhanced brightness, photostability and multiplexing capabilities“ in der Fachzeitschrift Nature Methods veröffentlicht.
Um zu verstehen, wie das Gehirn Informationen verarbeitet, untersuchen Wissenschaftler*innen die Aktivität von Nervenzellen. Calcium-Sensoren leuchten auf, wenn Nervenzellen aktiv sind, und erlauben so, neuronale Netzwerke in Echtzeit zu beobachten. Besonders rot fluoreszierende Sensoren gelten als vielversprechend, da sie im Vergleich zu grünen Sensoren tiefere Einblicke in Gewebe ermöglichen und sich gut mit anderen optischen Methoden kombinieren lassen. Bislang waren diese jedoch deutlich eingeschränkt. Neben der geringeren Helligkeit im Vergleich zu grün fluoreszierenden Varianten sind sie anfällig für lichtinduzierte Artefakte – also unerwünschte Veränderungen der Fluoreszenz durch Lichteinwirkung. Dadurch stoßen insbesondere moderne experimentelle Ansätze, etwa die Kombination mit optogenetischen Verfahren oder Multicolor-Imaging, an ihre Grenzen.
PinkyCaMP ist der bislang hellste und photostabilste rot fluoreszierende Calcium-Sensor. Er ist deutlich heller als bisherige rote Sensoren und liefert ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis, einem Maß für die Qualität des Messsignals. Dadurch ermöglicht er zuverlässige Messungen selbst unter schwierigen Bedingungen und stabile Langzeitaufnahmen neuronaler Aktivität. Gleichzeitig zeigt er keine lichtinduzierten Artefakte, die durch Einwirkung von Licht entstehen, was ein entscheidender Vorteil für viele moderne Anwendungen ist. PinkyCaMP basiert auf dem Fluoreszenzprotein mScarlet, aus dem bislang kein Biosensor entwickelt werden konnte. Mit PinkyCaMP ist dies nun erstmals gelungen.
Damit eröffnet PinkyCaMP neue experimentelle Möglichkeiten. Der Sensor lässt sich mit optogenetischen Methoden und anderen fluoreszierenden Biosensoren kombinieren und eignet sich für Mehrfarben-Experimente. So lassen sich komplexe Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zelltypen und neuronalen Netzwerken besser analysieren.
„PinkyCaMP wird von Nervenzellen gut vertragen und zeigt selbst langfristig keine schädlichen Effekte. Auch in dieser Hinsicht ist der Sensor daher ein Fortschritt“, so Professorin Dr. Olivia Masseck vom Institut für Zoologie der Universität zu Köln, unter deren Leitung der neue Sensor entwickelt wurde. „PinkyCaMP ist vielseitig einsetzbar und kompatibel mit einer breiten Palette moderner bildgebender Verfahren, von Fiber-Photometrie über Miniscope-Imaging bis hin zur Zwei-Photonen-Mikroskopie in wachen und frei beweglichen Tieren.“
Die Entwicklung wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Professorin Dr. Olivia Masseck
Institut für Zoologie
+49 221 470 3119
o.masseck@uni-koeln.de
https://www.nature.com/articles/s41592-026-03065-2
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Biologie, Medizin
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
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