Homepage: Bilder aus dem Inneren der Zelle Leibniz-Kolleg erkundet die Nanomikroskopie

Die Technik, die Stefan Hell erfunden hat, wurde noch vor wenigen Jahren für völlig unmöglich gehalten. Nanomikroskopie ist das Thema des diesjährigen Kollegs, das vom 21. bis zum 23. Mai an der Universität Potsdam stattfindet. Am 22. Mai wird der Biophysiker Stefan Hell im Rahmen des Leibniz-Kollegs sprechen. „Schärfer als erlaubt, Lichtmikroskopie sprengt alte Grenzen“ ist der Titel seines Vortages. „Durch die Forschung von Hell haben die bildgebenden Verfahren in den Biowissenschaften in den vergangenen Jahren einen dramatischen Aufschwung genommen“, erklärt Robert Seckler, der Vorsitzende des Leibniz-Kollegs Potsdam.

Bereits im Jahr 1994 entwickelte Hell die theoretischen Grundlagen für ein Mikroskop, das in Bereiche vordringen kann, von denen die Physik bisher annahm, dass sie unzugänglich seien. Im Jahre 1999 gelang ihm dann der Bau eines entsprechenden Mikroskopes. Hierfür erhielt Hell zahlreiche Preise. „Hells Mikroskop überschreitet eine Grenze, die man für unverrückbar hielt und die sich auch heute noch in zahlreichen Physikbüchern findet“, erklärt Seckler. Wo diese Grenze lag, wird der Biochemiker Otto Bauman in seinem Vortrag über die „Geschichte der Mikroskopie“ (21.5.) zeigen.

In immer kleinere Bereiche habe sich die Mikroskopie vorgetastet. Aber seit Ernst Abbe im Jahre 1873 erstmals eine Theorie mikroskopischer Abbildungen vorgelegt habe, gelte die von ihm definierte Grenze als unverrückbar. Die „Abbesche Auflösungsgrenze“ habe definiert, dass Strukturen, die kleiner als 200 Nanometer sind, nicht mehr als getrennte Einheiten wahrgenommen und daher nicht getrennt untersucht werden können. Die Grenze lag bei einer halben Wellenlänge des sichtbaren Lichts – etwa einem 250tel eines Frauenhaares. Mit der von ihm entwickelten Sted-Mikroskopie überschreitet Hell diese Grenze nun. Mit dem Verfahren kann ins Innere von kleinsten Zellen geblickt und ein dreidimensionales Bild entwickelt werden. Erstmals könnten so auch lebende Zellen betrachtet werden.

Zuvor muss das Zellgewebe für die Untersuchung zerschnitten werden. Bei der Sted-Fluoreszenz-Mikroskopie regt ein fokussierter Laserstrahl die Moleküle des Gewebes an, sodass sie Energie aufnehmen und Licht abstrahlen, also fluoreszieren. Die so angeregten Zellen werden mit einem zweiten Lichtstrahl abgetastet, gescannt. Hieraus entsteht das Bild, das der Rechner aus den mikroskopisch ermittelten Daten erstellt. Entscheidend und neu ist bei der Sted-Mikroskopie, dass der Rand des beobachteten Abschnitts exakt begrenzt wird, indem Moleküle am Rand des untersuchten Zellpunktes quasi ausgeschaltet werden. Der so untersuchte Lichtpunkt ist viel kleiner als alle Bilder, die zuvor mithilfe der Mikroskopie möglich waren. Durch die Fokussierung auf diesen Punkt gelingt es, die „Abbesche Auflösungsgrenze“ zu überwinden und die untersuchten Moleküle genau zu trennen. Welche Bilder hierbei entstehen, untersucht Roland Knorr vom Max Planck Institut in seinem Vortrag „Bunte Bilder von künstlichen Zellmembranen“. Die Untersuchungsmethode, die Hell entwickelt hat, trägt bei zum Verständnis der Dynamik von Zellmembranen. Diese Kenntnisse sind wiederum eine wichtige Grundlage für viele pharmazeutische Wirkstoffe.

Seit 1998 widmet sich das Leibniz-Kolleg der Potsdamer Wissenschaft. Vorträge hochkarätiger Wissenschaftler erläutern den neuesten Stand eines aktuellen Forschungsgebietes, ergänzende Seminare richten sich auch an interessierte Laien und Lehrer von Schulen und Universitäten. Zusammen mit dem Fraunhofer Institut und dem Max Planck Institut gibt das Kolleg einen Einblick in den aktuellen Forschungsstand der Mikroskopie kleinster Strukturen. Richard Rabensaat

Das Leibniz-Kolleg beginnt heute um 10.15 Uhr am Campus Golm mit Einführungsvorträgen (Karl-Liebknecht-Str. 24-25, Haus 27, Hörsaal 0.01). Eine Labor-Tour schließt sich um 13.30 Uhr an (Treffpunkt: Haus 27) . Am Donnerstag findet um 16 Uhr der Hauptvortrag von Stefan Hell am Campus Neues Palais (Audimax) statt, danach werden die Preise des Leibniz-Kollegs vergeben.

Richard Rabensaat