Knackige Bilder von kalten Zellen

26. März 2018

Mikroskopie bei kryogenen Temperaturen hat viele spannende Eigenschaften. Kryofixierte oder vitrifizierte Zellen sind meist frei von Fixationsartefakten und können in einem nahezu nativen Zustand mit einer Kombination von Licht-, Elektronen- und Röntgenmikroskopie abgebildet werden. Ein wichtiger Vorteil der Kryofluoreszenzmikroskopie ist, dass Bleichraten (die Schwächung des Fluoreszenzsignals mit der Zeit) stark reduziert sind. Die Lichtmikroskopie unter Kryobedingungen ist jedoch technologisch sehr anspruchsvoll. Um Schäden durch Eiskristallbildung zu vermeiden, muss die Probe stets unterhalb des Glasübergangs von Wasser (‑135 °C) gehalten werden. Gleichzeitig erfordert das Erreichen höchster Auflösungs- und Kontrastwerte in der Lichtmikroskopie den Einsatz von Immersionsobjektiven. Bislang existierten weder hochwertige Objektive noch ein gut abgestimmtes Immersionsmedium für den in der Kryomikroskopie erforderlichen Temperaturbereich.

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Abbildung 1. (a) Ein neues Objektiv, dessen Frontlinse und Objektivkörper nicht im thermischen Gleichgewicht sind, ist die Grundlage für die Mikroskopie in Immersion unter Kryobedingungen. (b) Prototyp eines Kryoimmersions-Objektivs basierend auf dem kommerziell erhältlichen Zeiss LD C-Apochromat 63/1.15 für Wasserimmersion.

Vor Kurzem gelang es uns, diese Herausforderung durch einen neuen konstruktiven Ansatz kombiniert mit der Entdeckung eines neuen Immersionsmediums zu lösen. Das gewählte Immersionsmedium besitzt die interessante Eigenschaft, dass sein Brechungsindex unter Kryobedingungen dem Brechungsindex von Wasser bei Raumtemperatur entspricht. Wir erwarten, dass unsere Arbeit für die korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie von großem Wert sein wird und dabei hilft, die fundamentalen Grenzen der hochauflösenden Lichtmikroskopie bei kryogenen Temperaturen zu erreichen.

Ausführlichere Informationen finden Sie hier (auf Englisch).

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Abbildung 2. (a) Photobleichraten bei ‑140 °C sind deutlich reduziert im Vergleich mit den Bleichraten bei Raumtemperatur. Die Abbildung zeigt dies am Beispiel von GFP in Hefezellen. (b) Drei-Farben Weitfeldfluoreszenzaufnahme rasch eingefrorener U2OS Zellen, die mit Alexa Fluor 488 (Vimentin Zytoskelett), Alexa Fluor 594 (Tom20 Protein / Mitochondrien) und DAPI (Zellkerne) markiert waren. [Bilder: R. Faoro, M. Bassu. Zellen und Immunhistochemie: T. Stephan, S. Jakobs]

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