Bildgebende Verfahren wie die Tomographie werden benötigt, um Einblicke in Strukturen zu erlangen, die uns sonst verborgen bleiben würden. So ermöglichen uns Computertomographien beispielsweise, Knochen und Gewebe abzubilden. Mit hochauflösenden Licht-Mikroskopen können dagegen mittlerweile Strukturen von nur wenigen Nanometern Ausdehnung sichtbar gemacht werden.

Was viele bildgebende Verfahren über die verschiedensten Größenskalen gemeinsam haben: Um die dreidimensionale Struktur einer Probe abzubilden, braucht es gute Computer-Algorithmen. Mathematik und Bildgebung arbeiten dazu eng zusammen – wie auch im Spezialforschungsbereich (SFB) „Tomography Across the Scales“, der von der Universität Wien geleitet wird.

Hochauflösende Mikroskopie

Die Zwischenbegutachtung des SFBs mit Beteiligung der TU Wien war erfolgreich, sodass das 2017 bewilligte Forschungsnetzwerk für weitere vier Jahre gefördert wird. Für den Forschungsbereich „Biophysik“ der TU Wien bedeutet dies, dass das eigens entwickelte Gerät zur hochauflösenden Mikroskopie biologischer Proben optimiert und erweitert werden kann. „Das von uns entwickelte Gerät ist bisherigen Geräten deutlich überlegen: Die Auflösung wird deutlich besser sein und bekannte Artefakte in der Abbildung können vermieden werden“, sagt Gerhard Schütz, der das Teilprojekt „Hochauflösende Mikroskopie“ leitet.

Um eine möglichst hohe Auflösung zu erzielen, erfasst das Messgerät farbstoffmarkierte Biomoleküle bei tiefen Temperaturen von -170 °C. Zusammen mit Kolleg_innen aus der Mathematik wurden weiters Algorithmen entwickelt, die darauf zugeschnitten sind, die Position der eingefrorenen Biomoleküle genau zu bestimmen. „Die Idee ist, die Positionen vieler solcher Moleküle zu erfassen und somit eine Karte der biologischen Probe zu erstellen. Wir peilen eine Auflösung von circa einem Nanometer an“, beschreibt Schütz das Ziel seiner Forschung. Um eine solche Genauigkeit zu erzielen, werden die Aufnahmen über mehrere Minuten – teilweise sogar Stunden – angefertigt. Die Kryotechnik hilft dabei, die Proben zu fixieren, ohne sie zu verzerren.

Was das Auge nicht sieht

In der zweiten Hälfte der Förderperiode soll die Entwicklung des Gerätes vollendet, sowie die Analyse-Software weiter den Anforderungen angepasst werden. „Darüber hinaus werden wir Daten von biologischen Proben aufnehmen und somit das Gerät für seinen Einsatz in der Praxis optimieren. Idealerweise können wir Aufnahmen von Zellen mit nur einem Nanometer Genauigkeit erhalten“, sagt Gerhard Schütz. Anwendung in der Biophysik findet hochauflösende Licht-Mikroskopie bereits, um T-Zell-Rezeptoren dreidimensional abzubilden. Indem die verschiedenen Bereiche mit unterschiedlichen Farben markiert werden, lassen sich neue Erkenntnisse über die Morphologie und Konsistenz von kleinsten Protein-Clustern generieren, die bei der Aktivierung von Immunzellen gebildet werden.

Mit Verlängerung des Spezialforschungsbereichs „Tomography Across the Scales“ führen die Expert_innen von TU Wien, Universität Wien, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster, MedUni Wien, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster, MedUni Innsbruck, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster, dem RICAM Institut der ÖAW, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster, sowie der TU Berlin, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster ihre vielversprechende Arbeit weiter.

Weitere Informationen

Webseite des Spezialforschungsbereichs „Tomography Across the Scales“: https://tomography.univie.ac.at/, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Kontakt

Prof. Dr. Gerhard Schütz
Technische Universität Wien
Forschungsbereich Biophysik
+43 1 58801 13480
gerhard.schuetz@tuwien.ac.at

Text: Sarah Link