Eine neue Mikroskopietechnik liefert künftig präzisere Antworten auf die Frage, wie Zellen auf Medikamente reagieren. Im Rahmen des europäischen Projekts CHEM-SCAN haben Forschende der Universitäten Bielefeld und Wien ein Verfahren entwickelt, das zelluläre Feinstrukturen sichtbar macht und parallel Aufschluss über deren molekulare Umgebung gibt. Die wichtigsten Fakten im Überblick: Mit einer Auflösung von 156 Nanometern lassen sich auch schnelle Dynamiken in lebenden Zellen erfassen. Dabei ermöglicht die Kombination aus Superauflösungsmikroskopie und Fluoreszenzlebenszeitmessung tiefergehende analytische Einblicke.
Kombination von SIM und FLIM für hochauflösende Analysen
Um zelluläre Prozesse im Detail zu verfolgen, verknüpfen die Forschende zwei etablierte Ansätze. Die strukturierte Beleuchtungsmikroskopie (SIM) visualisiert Strukturen unterhalb der Beugungsgrenze, während die Fluoreszenzlebenszeitmessung (FLIM) analysiert, wie lange Fluorophore nach Anregung Licht emittieren – ein Wert, der sensitiv auf physikochemische Parameter wie den lokalen pH-Wert reagiert.
Dr. Henning Ortkraß erklärt den methodischen Fortschritt: „Wir sehen nicht nur, wo sich bestimmte Moleküle in einer Zelle befinden. Wir erhalten zusätzlich Informationen darüber, in welcher molekularen Umgebung sie sich befinden.“ Bislang war die Kombination dieser Parameter bei hoher räumlicher Auflösung stark limitiert; das neue FLIM-SIM-Verfahren vereint nun hohe Auflösung, schnelle Bildraten und ein großes Gesichtsfeld, was erfolgreich an Knochenkrebszellen demonstriert wurde.
Anwendungen in der Wirkstoff- und Krebsforschung
Das Verfahren wird im EU-geförderten Projekt CHEM-SCAN eingesetzt, um zu analysieren, wie Chemotherapeutika gezielt gegen Tumoren und Metastasen optimiert werden können. Mithilfe spezieller Fluoreszenzfarbstoffe und FLIM-Messungen lässt sich der physiologische Zustand der Krebszellen präzisest bewerten.
Prof. Dr. Thomas Huser betont das wissenschaftliche Potenzial: „Unsere Ergebnisse eröffnen eine neue Kontrastdimension für die Superauflösungsmikroskopie. Wir können die Feinstruktur von Zellen mit hoher Geschwindigkeit untersuchen und gleichzeitig Informationen über ihre molekulare Umgebung gewinnen. Das schafft eine wichtige Grundlage für zukünftige Anwendungen in der Lebendzell- und Wirkstoffforschung.“
Quelle
Universität Bielefeld (11/2025)
Publikation
Raphaël Marchand, Henning Ortkrass, Daniel Aziz, Franz Pfanner, Eman Abbas, Silvio O. Rizzoli, Wolfgang Hübner, Adam J. Bowman, Thomas Huser, and Thomas Juffmann, „Super-resolution structured illumination microscopy of cellular dynamics with fluorescence lifetime contrast,“ Optica 13, 1065-1074 (2026).
https://doi.org/10.1364/OPTICA.589837