Kauf / Beschaffung eines 3D MINFLUX Mikroskops

Die Fluoreszenzmikroskopie ist aufgrund ihrer potenziell hohen Spezifität und Empfindlichkeit eine der wichtigsten Methoden auf dem Gebiet der modernen biomedizinischen Forschung. Durch die Möglichkeit, transgene Zelllinien zu erzeugen, in denen Proteine von Interesse mit fluoreszierenden Proteinen markiert sind, können zelluläre Prozesse in lebenden Zellkulturen, Geweben und Organismen dynamisch sichtbar gemacht werden. Diese Informationen können genutzt werden, um wertvolle Rückschlüsse auf die Lokalisierung, Interaktion und Migration von Molekülen in biologischen Präparaten zu ziehen. Während die meisten bildgebenden Verfahren in ihrer räumlichen Auflösung durch die so genannte Beugungsgrenze begrenzt sind, wurde in den letzten Jahrzehnten eine Reihe neuer Mikroskopietechniken entwickelt, die als Superauflösungsmikroskopie bekannt sind. Viele dieser Verfahren tauschen zeitliche Auflösung gegen räumliche Auflösung und erfordern Beleuchtungsstärken, die bei der Arbeit mit lebenden biologischen Präparaten eine Herausforderung darstellen. Dieser Punkt ist für die aktuelle Forschung am Max-Planck-Institut für Biophysik (MPIBP) von großer Bedeutung. Für einige Experimente ist eine extrem hohe räumliche Auflösung erforderlich (unter 5 nm), bei gleichzeitig geringer phototoxischer Schädigung und Photobleiche. Das beantragte Mikroskop hat ein breites Anwendungsspektrum und wird für eine große Anzahl von Projekten eingesetzt, an denen verschiedene Abteilungen des Instituts beteiligt sind.

Konfokale Mikroskope sind in ihrer räumlichen Auflösung durch die Physik der Lichtbeugung eingeschränkt. In den letzten Jahrzehnten wurde eine Vielzahl von so genannten Superresolution-Techniken entwickelt, um diese Beschränkung zu überwinden. Die verschiedenen Lösungen unterscheiden sich in der erreichbaren räumlichen Auflösung, aber auch in der zeitlichen Auflösung sowie in der Größe des Abbildungsfeldes und der Lichtmenge, der die Probe ausgesetzt werden muss. Experimente mit lebenden Proben erfordern schonende Beleuchtungsbedingungen und oft eine hohe zeitliche Auflösung, was die Auswahl der Mikroskopietechniken einschränkt. Für die geplanten Experimente benötigt das MPIBP hochmoderne Instrumente, die nicht nur robuste mehrfarbige Live-Bilder mit konfokaler Auflösung liefern, sondern auch unser Instrumentarium für die Superauflösung in lebenden Zellen in mehrfarbigen Experimenten erweitern. Um die molekulare Architektur dieser Mehrkomponentenkomplexe und ihre Beziehung zu subzellulären Strukturen zu bestimmen, ist eine mehrfarbige Bildgebung mit einer räumlichen Auflösung von 10 nm oder besser erforderlich. Eine große Anzahl geplanter Experimente erfordert Abbildungsbedingungen, die über die Möglichkeiten modernster hochauflösender Mikroskope hinausgehen. Dazu gehören Strukturexperimente, die eine sehr hohe räumliche Auflösung erfordern und an unbeweglichen oder lebenden Proben durchgeführt werden, sowie Experimente zur Untersuchung dynamischer Prozesse, wie z. B. Porenbildung oder Fusion/Spaltung von Mitochondrien, die wesentlich kürzere Aufnahmezeiten und schonendere Bildgebungsbedingungen erfordern. Für diese Experimente ist auch die räumliche Auflösung entscheidend - sie muss weit über der Beugungsgrenze liegen. Gleichzeitig erfordern sie schonende Bedingungen und müssen gleichzeitig eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung bieten. Diese Anforderungen können mit den vorhandenen Instrumenten am MPI für Biophysik/Hirnforschung nicht vollständig erfüllt werden. Die einzige derzeit verfügbare Technik, die die erforderliche hohe räumlich-zeitliche Auflösung für die Untersuchung lebender Zellen bietet, ist das kürzlich eingeführte MINFLUX-Mikroskop. Durch die Kombination von Konzepten aus dem Bereich der Lokalisierung und der STED-Mikroskopie kann das Mikroskop die genaue Position (2 nm bzw. 3 nm für 2D- und 3D-MINFLUX) einzelner Fluorophore in kurzer Zeit (< 100 µs) aus einer geringen Anzahl von Photonen ermitteln. Dies ermöglicht sowohl eine ultrahochauflösende Bildgebung (die Techniken wie Lokalisierung oder STED-Mikroskopie bei weitem übertrifft) als auch eine Hochgeschwindigkeitsverfolgung einzelner Moleküle unter Beibehaltung niedriger Beleuchtungsstärken, die zur Kontrolle von Photobleaching und Phototoxizität erforderlich sind. Messungen mit dieser Präzision erfordern eine extrem stabile Positionierung der Probe, um Artefakte bei der Markierungslokalisierung aufgrund von unerwünschten Probenbewegungen zu vermeiden. Das MINFLUX-Mikroskop enthält eine patentierte Lösung für diese Herausforderung, die eine langfristige Stabilisierung der Probe im Sub-Nanometerbereich ermöglicht (Patent Deutschland: DE 10 2020 127 071 B3, EU: EP 3 988 989 A1).