Verdopplung der Auflösung für Mikroskopie mit strukturierter Beleuchtung

Jena | 28. April 2021 | ZEISS Research Microscopy Solutions

Mit SIM² stellt ZEISS einen bahnbrechenden Bildrekonstruktionsalgorithmus vor, der die Auflösung und Qualität von SIM-Daten (Structured Illumination Microscopy) erhöht. Mit SIM² auf dem Mikroskopsystem ZEISS Elyra 7 können Biowissenschaftler jetzt die herkömmliche SIM-Auflösung verdoppeln und feinste subzelluläre Strukturen lebender und fixierter Proben unterscheiden, selbst solche, die nicht mehr als 60 Nanometer voneinander entfernt sind.

SIM ist eine etablierte gitterbasierte Beleuchtungstechnik, die Auflösungen jenseits der Beugungsgrenze optischer Mikroskopie ermöglicht (Superauflösung). Mit der Einführung von ZEISS Lattice SIM vor zwei Jahren ging ZEISS einen Schritt weiter und kombinierte die Auflösungsvorteile von SIM mit einer extremen Erhöhung der Abbildungsgeschwindigkeit und der Detektionsempfindlichkeit. Dies machte das Superauflösungs-Mikroskop ZEISS Elyra 7 zu einem bevorzugten Instrument für die Bildgebung von lebenden Zellen. Mit SIM² macht ZEISS bei der Entwicklung der Superauflösungstechnologie nun konsequent noch einen Schritt und ermöglicht es Forschern, bisherige Grenzen der Auflösung, Bildgeschwindigkeit und Probenschonung zu überschreiten.

Der neue Rekonstruktionsalgorithmus SIM² ist den herkömmlichen Bildrekonstruktionsmethoden in Bezug auf Auflösung, Schnitt und Robustheit überlegen. Dies erfordert weder ungewöhnliche Kontrastmethoden noch Expertenwissen über komplexe Mikroskopietechniken. SIM² löst nicht nur Strukturen bis zu 60 Nanometern auf, sondern ermöglicht die Kombination von Superauflösung und hochdynamischer Bildgebung. Notwendig ist dies, um schnelle biologische Prozesse in lebenden Zellen oder Organismen zu beobachten.

Mit SIM² können Forscher nun erstmals Details lebender biologischer Proben mit Auflösungen weit unter 100 Nanometern bei Geschwindigkeiten von bis zu 255 Bildern pro Sekunde abbilden. Der einfache Zugang zu dieser hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung hilft, neue subzelluläre Funktionsprinzipien zu entdecken und ein besseres Verständnis der Verteilung und Architektur von Organellen zu entwickeln. Forscher aus den Bereichen Entwicklungsbiologie, Neurowissenschaften, Botanik und angrenzenden Disziplinen erhalten mehr Einblicke in ihre Modellorganismen und Proben. Sie decken schnell ablaufende zelluläre Prozesse auf, können 3D-Strukturen mit hoher Eindringtiefe auflösen und strukturelle Veränderungen auf molekularer Ebene untersuchen.

Teilnehmer an einem Betatest-Programm erkannten sofort das Potenzial von ZEISS Elyra 7 mit Lattice SIM² für ihre Forschung und zeigten sich angesichts der neuen Möglichkeiten begeistert. Peter O’Toole, Leiter der Abteilung Bildgebung und Zytometrie an der Universität von York: „Ich erinnere mich an meine Reaktion, als ich die ersten Ergebnisse zu Gesicht bekam. Ich lächelte, weil ich einfach überwältigt war. Daraufhin habe ich einige der wichtigsten Benutzer, die unmittelbar profitieren konnten, sofort per E-Mail benachrichtigt. Von den Gewebe-Neurobiologen über Zell- und Molekular-Immunologen bis hin zu denen, die mit Hefe und Bakterien arbeiten, profitieren alle bereits von SIM².“

Mit der Einführung von SIM² geht ZEISS konsequent den nächsten Schritt auf dem Weg, ZEISS Elyra 7 kontinuierlich als wichtigste Plattform für lebendzellkompatible superauflösende Mikroskopie zu entwickeln. Damit unterstreicht ZEISS seinen Anspruch, der wissenschaftlichen Gemeinschaft fortschrittliche Bildgebungstechnologien leicht zugänglich zu machen.