Ein interdisziplinäres Team der Universität Göttingen, der Universitätsmedizin Göttingen und der Universität Lübeck hat eine innovative Plattform für Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskope entwickelt, die die Bildgebung großer Gewebeproben revolutioniert. Die Technologie ermöglicht hochaufgelöste, isotropische 3D-Scans mit einer Auflösung bis zu 850 Nanometern und einer Geschwindigkeit von 100 Bildern pro Sekunde bei Probenvolumen von einem Kubikzentimeter. Diese Fortschritte, erzielt durch adaptive Beleuchtung und Korrekturen optischer Aberrationen, eröffnen neue Möglichkeiten in der biomedizinischen Forschung und klinischen Anwendungen, etwa bei der Analyse neuronaler Netzwerke oder der Planung chirurgischer Eingriffe.

Herkömmliche Lichtblattmikroskope erzeugen durch eine dünne Lichtschicht schichtweise Aufnahmen, die zu detaillierten 3D-Bildern zusammengesetzt werden. Bei größeren chemisch transparent gemachten Geweben stoßen sie jedoch an Grenzen: Die Bildgebung ist langsam, und optische Verzerrungen führen zu unscharfen Bereichen. Die neue Plattform überwindet diese Einschränkungen, indem sie handelsübliche Komponenten mit neuartigen Funktionen kombiniert. Während das Lichtblatt durch die Probe wandert, wird es kontinuierlich nachjustiert, um Brechungsindex-Schwankungen auszugleichen, die durch Clearing-Methoden entstehen. Zusätzliche Algorithmen korrigieren Aberrationen in Echtzeit, was eine gleichmäßige Schärfe über das gesamte Volumen gewährleistet.

Die Entwicklung erfolgte im Rahmen des Exzellenzclusters Multiscale Bioimaging, das molekulare Prozesse bis zu zellulären Netzwerken untersucht. Die Forscher testeten das System an verschiedenen Proben, darunter die Cochlea einer Maus, wo es feine Nervenverbindungen auf Einzelzellebene kartierte. Solche Scans erlauben Einblicke in gesunde und pathologische Strukturen, etwa bei Hörstörungen, und könnten zur Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen beitragen. Weitere Anwendungen umfassen die Visualisierung von Blutgefäßen oder neuronalen Bahnen in ganzen Organen, was die Grundlagenforschung zu Herz-Kreislauf-Systemen oder Gehirnfunktionen vorantreibt.

Die Plattform ist kompakt, robust und leicht nachbaubar, da sie auf zugänglichen Bauteilen basiert, was ihre Verbreitung in Labors weltweit erleichtert. Im Vergleich zu etablierten Systemen verdoppelt sie nicht nur die Geschwindigkeit, sondern verbessert auch die Isotropie – die gleichmäßige Auflösung in allen Raumrichtungen –, was für quantitative Analysen entscheidend ist. In der Medizin könnte sie bei der Diagnostik helfen, indem sie Tumorgewebe oder entzündliche Prozesse detailliert darstellt, oder bei der Operationsplanung, wo präzise 3D-Modelle Risiken minimieren.

Original Paper:

Isotropic, aberration-corrected light sheet microscopy for rapid high-resolution imaging of cleared tissue | Nature Biotechnology

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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