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Neuartiges Multi-Photonen-Laser-Mikroskop in der Erprobung
Ein scharfer Blick in die lebende Zelle
Jena (04.03.) Eines von weltweit raren Spezial-Laser-Mikroskopen hat der Jenaer Wissenschaftler PD Dr. Karsten Koenig in seinem Labor aufgebaut. Diesen Prototypen mit Multi-Photonen-Laser, der besonders schonend dreidimensionale Einblicke in die kleinsten Bestandteile von lebenden Zellen gewaehrt, haben Biologen, Medizinern und Physikern seit laengerem im Visier. "Die Entwicklung ist nicht mehr aufzuhalten", prophezeit Koenig. Im Institut fuer Anatomie II der Universitaet Jena arbeitet er an einem Bioregio-Projekt, um die optimalen Serien-Parameter fuer das neue Hightech-Instrument herauszufinden. Das Bundeswissen-schaftsministerium und die Jenaer Carl Zeiss GmbH foerdern das Vorhaben mit einer Viertelmillion Mark.
Faszinierend ist diese Welt im Kleinen, in die Koenig mit seinem Mikroskop vordringt: Nur wenige Millionstel Meter grosse Strukturen sind erkennbar, lebende Zellen von Menschen, Tieren und Pflanzen offenbaren ihre Geheimnisse: etwa, wie die Stoffstroeme in ihrem Inneren ablaufen oder welche Chromosomen mit welchen Gendefekten vorliegen. Zwar funktioniert das mit herkoemmlichen Licht-Mikroskopen auch, aber um Feinststrukturen erkennen zu koennen, wurden die Zellbestandteile bisher mit ultravioletter oder blaugruener Strahlung angeregt. "Das fuehrt fast immer zu Zellschaeden", weiss Karsten Koenig, "etwa die sensiblen DNA-Straenge, die Traeger der Erbinformation, werden unter dem Licht schnell bruechig."
Sein Multi-Photonen-Laser geht da weitaus schonender vor. Statt einen groesseren Zellbereich dem schaedlichen Licht auszusetzen, entsteht die Strahlung nur in einem minimal kleinen Bereich: dem Fokus des Laserstrahls, in dem mehrere Photonen zusammentreffen und die gewuenschte Fluoreszenz-Anregung erzeugen. "Wir schicken einen ultrakurzgepulsten Laserstrahl 80 Millionen mal pro Sekunde in die lebende Zelle", erklaert Koenig "und muessen dabei aufpassen, dass keine zu hohe Leistungsdichte entsteht."
Denn immerhin schafft der Femtosekunden-Laser in Verbindung mit dem Zeiss Mikroskop bei Wellenlaengen zwischen 700 und 1000 Nanometern Intensitaeten zwischen 10 hoch 6 und 10 hoch 12 Watt, also Millionen bis Billionen Watt, pro Quadratzentimeter. Das reicht allemal, um Zellmolekuele zu Plasma zu ,schmelzen' - mit fatalen Folgen. Koenig: "Die Zelle reagiert sensitiver, als wir mit dem Auge erkennen koennen. Manchmal ist nur die Reproduktionsfunktion betroffen." Und kann sich die lebende Zelle nicht mehr teilen, ist sie in den Augen des Biowissenschaftlers schon so gut wie tot. Koenigs Team, das mit Ovarzellen des chinesischen Hamsters arbeitet, untersucht deshalb stets auch die Tochtergenerationen der Versuchs- objekte.
Bei welcher Wellenlaenge, mit welcher Leistung und Pulsfrequenz der Laserstrahl in die Zelle gerichtet werden muss, um diese Schaeden zu vermeiden, sollen die Jenaer Wissenschaftler ergruenden. "Es gibt ein sicheres Fenster, und wir werden es finden", ist Koenig optimistisch. Fuer den Wissenschaftler sind die industriellen Applikationen fuer Mikro- skop- und Laserhersteller nur ein Aspekt seiner Forschung. Denn ein biovertraegliches Laser-Scanning-Mikroskop waere dasjenige Instrument, um am lebenden Organismus molekulare Prozesse Zelle fuer Zelle zu erkunden. Zum Beispiel koennte man Neurotransmittern im menschlichen Gehirn bei der Arbeit zusehen. Zukunftsmusik, sicherlich. Noch.
Ansprechpartner: PD Dr. Karsten Koenig, Institut fuer Anatomie II der Friedrich-Schiller-Universitaet Jena, Tel.: 03641/938560
Criteria of this press release:
Biology, Information technology, Mathematics, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing, Physics / astronomy
transregional, national
Research projects
German
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