Kleine Strömungen, große Erkenntnisse: Mikrofluidik-System verbessert Superauflösungsmikroskopie

Ein zentrales Ziel der modernen Life Sciences ist es, die Organisation von Zellen und das Zusammenspiel ihrer molekularen Bestandteile tiefgreifend zu verstehen. Um die Anordnung und Interaktion verschiedener Zellstrukturen zu entschlüsseln, müssen Forschende zahlreiche Details gleichzeitig betrachten. Das ist eine Aufgabe, die herkömmliche Lichtmikroskope an ihre Grenzen bringt. Hier setzt die multiplexe Superauflösungsmikroskopie an, die feinste Strukturen sichtbar macht. Bisher galt diese Technik jedoch als äußerst anspruchsvoll, störungsanfällig und für empfindliche Proben ungeeignet, was zudem die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse erschwerte.

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität und der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) hat nun im Rahmen des Exzellenzclusters „Multiscale Bioimaging“ (MBExC) eine Lösung entwickelt. Durch ein neues Mikrofluidik-System wird diese hochaufgelöste Mikroskopie deutlich einfacher, zuverlässiger und für einen breiteren Kreis von Wissenschaftlern zugänglich.

Präzision durch automatisierte Mikrofluidik

Das neu entwickelte Mikrofluidik-System übernimmt die präzise Injektion und Entnahme von Lösungen direkt in der Probenkammer, wodurch das manuelle Pipettieren unter strengen Zeitvorgaben entfällt. „Mit dem von uns entwickelten System können wir über lange Bildgebungszyklen hinweg eine hohe Bildqualität aufrechterhalten“, erklärt Dr. Samrat Basak, der als Biophysiker an der Universität Göttingen an der Studie mitgewirkt hat und inzwischen an der LMU München arbeitet. Dank der stabilen Bedingungen während der Markierungs- und Waschschritte erlaubt das System eine exakte Zuordnung verschiedener Biomoleküle, was die detaillierte Abbildung von Proteinen, spezialisierten Strukturen und komplexen zellulären Interaktionen ermöglicht.

Erfolgreiche Anwendung an Krebs- und Herzmuskelzellen

Die Forschenden demonstrierten die Leistungsfähigkeit ihrer Technik an menschlichen Krebszellen und machten dabei die Organisation der Proteinfilamente sichtbar. Darüber hinaus wurde die Methode erfolgreich auf Muskelzellen aus den Herzkammern einer Maus angewendet. „Die empfindlichen, spezialisierten Muskelzellen des Herzens sind besonders schwer abzubilden“, erklärt Kim-Chi Vu von der UMG und MBExC. „Das Mikrofluidik-System war unerlässlich, um die Bildgebung durchzuführen, ohne die Zellen zu verformen oder von der Oberfläche zu lösen.“

Flexibilität und Standardisierung in der Forschung

Das Mikrofluidik-System lässt sich sowohl manuell als auch automatisiert betreiben und ist mit zahlreichen Bildgebungsverfahren kompatibel. „Unser Ziel war es, ein System zu entwickeln, das kosteneffizient sowie anpassungsfähig ist und somit passend zu den spezifischen Anforderungen an die Bildgebung komplexer biologischer Systeme gestaltet werden kann“, erklärt Dr. Roman Tsukanov aus der Multiskalen-Biologie der Universität Göttingen, der die Studie geleitet hat. Durch die Automatisierung des Flüssigkeitsaustauschs wurde eine wesentliche Fehlerquelle eliminiert, was komplexe Bildgebungsprotokolle deutlich benutzerfreundlicher macht. Prof. Dr. Jörg Enderlein aus der Biophysik der Universität Göttingen sowie vom Exzellenzcluster MBExC fügt hinzu: „Dieser Ansatz wird dazu beitragen, die multiplexe Superauflösungsbildgebung zu standardisieren und allgemein zugänglich zu machen. Das kommt sowohl der Forschung als auch medizinischen Anwendungen zugute.“

Quelle

Georg-August-Universität Göttingen (02/2026)