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Echtzeit-3D-Bildgebung lebender Organismen bei sub-zellulärer Auflösung

Leica Microsystems wird SCAPE-Mikroskopie entwickeln

09.11.2016

Aufnahme: Hillmann/Li/Targoff, Columbia University

Zebrafisch-Herz: Schlagendes Herz einer Zebrafisch-Larve (56 Stunden nach Befruchtung). Muskelzellen 2-fach-Fluoreszenz-markiert mit Kalzium-Indikator GCaMP und dsRed. In-vivo Aufnahmen mit SCAPE bei 25 Bildstapeln pro Sekunde, Bildfeldgröße: 335 x 288 x 156 Mikrometer

Aufnahme: Hillman/Li/Schaffer, Columbia University

Fruchtfliegen-Gehirn: Aufnahme des kompletten Gehirns einer erwachsenen Fruchtfliege in-vivo mit 10 Bildstapeln pro Sekunde. Nervenzellen 2-fach markiert mit exprimierten GFP- (grün) bzw. dsRed-Marker (rot), Bildfeldgröße 450 x 264 x 227

Die Leica Microsystems CMS GmbH hat mit der Columbia University in New York, USA, einen exklusiven, weltweiten Lizenzvertrag für die Kommerzialisierung der SCAPE-Mikroskopie im Bereich der Biowissenschaften geschlossen. SCAPE-Mikroskopie, kurz für Swept Confocally Aligned Planar Excitation Mikroskopie, lässt 3D-Bilder lebender Proben dadurch entstehen, dass diese mit einem Laser-Lichtblatt abgetastet werden. Die einzigartigen Eigenschaften von SCAPE erlaubt es Wissenschaftlern, neuartige Experimente durchzuführen. So lässt sich das Feuern einzelner Neuronen im Gehirn erwachsener Fruchtfliegen abbilden, oder Kalzium-Wellen im schlagenden Herzen eines Zebrafisches nachzeichnen. SCAPE bietet ebenfalls neue Ansatzmöglichkeiten, Krankheiten wie Krebs besser zu verstehen und neue Medikamente und Therapieansätze zu entwickeln.

SCAPE-Mikroskopie wurde im Labor von Dr. Elizabeth Hillman entwickelt. Sie ist Dozentin für Biomedizintechnik und Radiologie an der Columbia University und Direktorin am neurowissenschaftlichen Mortimer B. Zuckerman Institute der Columbia University. Die Innovation von SCAPE liegt in der Fähigkeit, eine Probe durch nur ein einziges, stationäres Objektiv schnell mit einem sich bewegenden Lichtblatt zu scannen und aufzunehmen. So sammelt SCAPE 3D-Aufnahmen 10- bis 100-fach so schnell wie herkömmliche punktrasternde Mikroskope und bietet alle Vorteile der Lichtblatt-Mikroskopie, inklusive geringer Phototoxizität. Im Vergleich zu herkömmlichen Lichtblattmikroskopen, die mehrere Objektiv-Linsen benötigen und die Freiheit, Proben zu platzieren, beschränkt, erweitert das patentierte Prinzip der Nutzung nur eines Objektivs bei SCAPE erheblich die Bandbreite an intakten und sich frei bewegenden Proben, die dreidimensional bei beinahe Video-Geschwindigkeit aufgenommen werden können. Ende letztes Jahres wurde die SCAPE-Technologie mit einem Stipendium der BRAIN Initiative des National Institutes of Health ausgezeichnet.

„Die Fähigkeit, mit SCAPE 3D-Bilder von lebenden, sich frei bewegenden Organismen mit zellulärer Auflösung in Echtzeit aufzunehmen, verschiebt die Grenzen in der neurowissenschaftlichen Forschung“, sagt Dr. Hillman. „Über die Neurowissenschaften hinaus ermöglicht SCAPE grundsätzlich neue wissenschaftliche Experimente. SCAPE erweitert die Fähigkeit, 3D-Strukturen, Bewegung, Verhalten und Zellaktivität in Echtzeit aufzunehmen – und das über eine Bandbreite von Organismen und biologischen Proben.“

Weiterhin hält Leica Microsystems, zusätzlich zu eigenen Patenten, auch die Exklusivrechte an der sogenannten OPM-Technologie (Oblique Plane Microscopy) von Imperial Innovations. Die Technologie wurde von Christopher Dunsby, PhD, Abteilung Physik der Naturwissenschaftlichen Fakultät am Imperial College London erfunden. „Leica Microsystems investiert in vielversprechende Technologien, um Innovationen voranzubringen. Diese beiden Technologien sind ausgezeichnete Beispiele dieser Strategie“, so Markus Lusser, Präsident von Leica Microsystems. „Wir sehen, dass die verstärkte Anwendung von GCaMP Kalzium-Indikatoren, Fluoreszenz-Markern und Optogenetics mit der Notwendigkeit der schnellen 3D-Aufnahme von lebenden biologischen Proben einhergeht, was mit aktuell verfügbaren Mikroskopsystemen nicht abgedeckt werden kann. Wir freuen uns sehr, dass wir die Möglichkeit haben, Bildgebungssysteme der nächsten Generation zu entwickeln, die Entdeckungen in den Neurowissenschaften, der Biologie und der Medizin beflügeln werden“, so Prof. Julian F Burke, Chief Scientific Officer von Leica Microsystems.

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