Forschende von Helmholtz Munich und der Technischen Universität München haben ein neuartiges Mikroskop entwickelt, das die Beobachtung biolumineszenter Signale in lebenden Zellen deutlich verbessert. Das System mit dem Namen QIScope basiert auf einer hochempfindlichen Kameratechnologie, die extrem schwache Lichtsignale erkennen kann. Mit höherer Bildauflösung, einem größeren Sichtfeld und der Kompatibilität mit verschiedenen Bildgebungsverfahren eröffnet QIScope neue Möglichkeiten, lebende Systeme detaillierter und über längere Zeiträume hinweg zu untersuchen.

Das Team um Dr. Jian Cui entschied sich für den Einsatz von Quanten-Bildsensoren (Quanta Image Sensors, QIS) – einer neuen Kameratechnologie, die sich in lichtarmen Bedingungen den bislang gängigen EMCCD-Kameras als vorteilhaft erwies. Um das volle Potenzial dieser Sensoren auszuschöpfen, entwickelten die Forschenden eigenen Angaben zufolge ein maßgeschneidertes optisches System, das sich an der Konstruktion von Teleskopen orientiert. So entstand das QIScope, ein unkonventionelles optisches System, das Merkmale von Teleskop und Mikroskop vereint. „Um die Fähigkeiten des Sensors voll auszuschöpfen, haben wir uns vom optischen Aufbau von Teleskopen inspirieren lassen“, erklärt Ruyu Ma, Erstautor der Studie und Doktorand am Helmholtz Pioneer Campus. „Durch die Kombination dieses Konzepts mit der QIS-Kamera konnten wir ein System entwickeln, das zelluläre Prozesse mit einer Klarheit und Empfindlichkeit sichtbar macht, die mit bisherigen Systemen nicht erreichbar war.“

Das Forschungsteam konnte demonstrieren, dass QIScope feinste Dynamiken in lebenden Zellen über längere Zeiträume hinweg erfassen kann – etwa die Bewegung von Vesikeln oder das Verhalten von Proteinen in sehr geringer Konzentration.

„Unser Mikroskop bietet höhere Empfindlichkeit, verbesserte Auflösung, ein größeres Sichtfeld und einen höheren Dynamikbereich – alles Eigenschaften, die für anspruchsvolle Live-Cell-Imaging-Experimente essenziell sind“, sagt Studienleiter Jian Cui. Darüber hinaus werden auch weitere Bildgebungsverfahren integriert, etwa Epifluoreszenz und prinzipiell auch Phasenkontrast. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten, lebende Systeme mit minimaler Störung zu beobachten – eine Grundvoraussetzung für das Verständnis komplexer biologischer Prozesse.“

Original Paper:

Ma et al.,…, Cui 2025: A Telescopic Microscope Equipped with a Quanta Image Sensor for Live-Cell Bioluminescence Imaging. Nature Methods. DOI: 10.1038/s41592-025-02694-3

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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