Fluoreszenz-Phasenkontrast-Mikroskope BZ-8000

Kampf gegen Demenz

Fluoreszenz- Phasenkontrast- Mikroskope liefern ihren Beitrag dazu
Bild 3: Aus den entlang der Z-Achse aufgenommenen Schichtbildern lässt sich mit nur einem Mausklick ein scharfes Bild erzeugen (rechts unten), an dem die axonale Elongation eindeutig und präzise gemessen werden kann. (alle Bilder: Keyence, Neu-Isenburg)


Robert Ruthenberg*)

  1. Freier Journalist, Nürnberg.
Für das Jahr 2030 rechnen Mediziner mit zwei Millionen Demenzkranken allein in Deutschland. Da die Menschen immer älter werden, wächst auch die Zahl solcher Alterskrankheiten. Rund 60 % ist auf die Alzheimer-Krankheit zurückzuführen, weshalb diese besonders bekämpft werden muss. Forscher haben nun erste wichtige Resultate dank der Unschärfereduktion sowie der freien Längenmessfunktion des Fluoreszenz-Phasenkontrast-Mikroskops BZ-8000 erzielt.

Bei der Alzheimer-Krankheit handelt es sich um eine neurodegenerative Erkrankung, die verstärkt bei älteren Menschen über 65 diagnostiziert wird. Dr. Claus Wächtler, Chefarzt der Abteilung für Gerontopsychiatrie in der Asklepios-Klinik Nord in Hamburg, rechnet mit 100000 neuen Demenz-Erkrankungen pro Jahr in Deutschland und prophezeit für das Jahre 2030 die hohe Zahl von 2 Millionen Demenzkranken und damit 1,2 Millionen Alzheimer-Patienten. Die Reduzierung dieser extrem hohen Zahl mittels Medikamenten gilt es, hohe Priorität einzuräumen, denn selbst viele ausgezeichnete Pflegeheime mit bestem Personal sind auf Dauer keine Lösung.

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Phosphate bzw. Phosphatreste spielen bekanntlich eine wichtige Rolle in der Biochemie lebender Organismen. Beispielsweise sind sie am Aufbau biologisch wichtiger Moleküle wie der Desoxyribonukleinsäure (DNS/DNA) beteiligt. Die Phosphorylierung und die Dephosphorylierung von Proteinen wiederum stellt ein wichtiges Regulationsprinzip sowohl in prokaryontischen als auch in eukaryontischen Zellen dar. Durch diese posttranslationale Modifikation der Proteine wird es den Zellen ermöglicht, auf eine Vielzahl sich verändernder Umweltbedingungen, wie z.B. Stressboten, UV-Strahlungen, Nährstoffmangel, Wachstumsfaktoren oder anderen Substanzen zu reagieren und sich somit anzupassen.

Tau-Proteine von Bedeutung

PP2B, auch Calcineurin (CaN) genannt, wurde erstmals 1979 als Calmodulin-bindendes Protein aus bovinem Hirn isoliert. Dabei wurde festgestellt, dass neben Calmodulin auch Calcineurin mit hoher Affinität Ca2+ binden kann. Nach Untersuchungen der japanischen Forscher Masaaki Tokuda und Osamu Hatase vom Department of Physiology, Kagawa Medical University, Japan, scheint CaN auch eine große Rolle bei der neuronalen Entwicklung zu spielen. Die axonale Elongation und die Ausbildung der Zellpolarität sind Prozesse, die zu einem gewissen Teil vom Zytoskelett und dem Mikrotubuli-assoziierten Protein Tau abhängig sind. So kann die während der normalen neuronalen Entwicklung stattfindende Dephosphorylierung dieses Proteins durch Cyclosporin A (CsA) partiell blockiert werden. Bei ultrastrukturellen Untersuchungen wurde festgestellt, dass die CsA-behandelten Neuronen nur kleine axonale Elongationen zeigen.

Zahlreiche Versuchsreihen unterstützen die Vermutung, dass neben CaN auch die PP2A den Phosphorylierungsgrad von Tau vermindert. Im Gehirn von Alzheimer-Patienten wurde ein abnormal hyperphosphoryliertes Tau-Protein nachgewiesen, das nach einigen Theorien als Ursache dieser Erkrankung anzusehen ist.

Bei derartigen Untersuchungen ist die Messung der axonalen Elongation extrem wichtig, um Änderungen an den Proben sofort feststellen zu können. Mittels der Unschärfereduktion sowie der freien Längenmessfunktion der Fluoreszenzmikroskope der Modellreihe BZ-8000 des Unternehmens Keyence, Neu-Isenburg, lassen sich derartige Messungen eindeutig vornehmen. Dank der scharfen Bilder erfolgt die Messung der axonalen Elongation exakt, und damit vermag der Forscher den Phosphorylierungsgrad von Tau präzise zu bestimmen und schlussendlich die gegenenfalls abnormalen hyperphosphorylierten Tau-Proteine eindeutig nachzuweisen.

Die effektive Unschärfereduktion erfolgt am Bildschirm des Fluoreszenzmikroskops BZ-8000 in Echtzeit. Diese Alternative zur Deconvolution arbeitet schneller, ist deutlich einfacher in der Handhabung und sehr viel preiswerter. Bei Bedarf lassen sich 3D-Analysen quasi in Echtzeit erstellen. Dank eines ausgeklügelten Algorithmus kann das 3D-Bild sehr rasch durch ein so genanntes Volume-Rendering-Verfahren (Visualisierung der Helligkeitsebenen von Punkten/Voxel in einem 3-D-Raum) gezeichnet werden. Neben 3-D-Rotationen und beliebigen 3-D-Vergrößerungen kann der Benutzer auch Echtzeit-Farbanpassungen sowie Echtzeit-Kontrastanpassungen an den 3-D-Bildern vornehmen.

Neben der Längenmessfunktion von Geraden oder beliebigen Linien verfügen die BZ-8000 Mikroskope über weitere Messfunktionen wie Radiusbestimmungen, Mittelpunktmessungen, Kreisflächen- und Polygonbestimmungen sowie Winkel- und Parallelabstandsmessungen. Bild-Farbstufen-, Bild-Sättigungs- sowie Bild-Helligkeitseinstellungen lassen sich komfortabel per Mausklick durchführen. Die Darstellung von Intensitätsmessungen sowie diverse Statistiken sind schnell erledigt. Verschiedene Regelalgorithmen und Softwarefunktionen unterstützen den Bediener bei seinen Untersuchungen.

Integrierter Dunkelraum

Dank des eingebauten Dunkelraums lassen sich alle Untersuchungen in jedem hell erleuchteten Raum vornehmen, ohne dass die Probe Schaden nimmt. Eine Präsentation vor großem Publikum ist daher jederzeit möglich. Darüber hinaus erhält der Anwender innerhalb kürzester Zeit extrem scharfe Bilder, ohne die Betrachtungsobjekte dabei zu beschädigen. Einfachste Handhabung, Bilder in höchster Qualität sehr schnell zu erhalten sowie mit dem Gerät jederzeit mobil zu sein, sind weitere herausragende Eigenschaften der BZ-8000-Modelle.

Alle Typen bieten die drei Betrachtungsarten Hellfeld-, Fluoreszenz- und Phasenkontrastbetrachtung, zwischen denen mit einem einzigen Mausklick umgeschaltet werden kann. Wird die Betrachtung unterbrochen, schließt sich automatisch der Shutter für die Fluoreszenzanregung. Dadurch vermeidet man, dass die fluoreszierende Probe verblasst. Selbstverständlich lassen sich verschiedene Objektträger einsetzen, wie zum Beispiel Objektträger aus Glas, Petri-Schalen aus Glas/Kunststoff, Multi-Well-Platten und Schalen mit Glasboden. Ganz neu im Programm ist das Modell BZ-8100, welches über eine zweifache Objektivumschaltung verfügt. Damit lassen sich Proben beispielsweise mit 2-facher Vergrößerung im Gesamten betrachten und anschließend ein kleiner Probenbereich mit 20-facher Vergrößerung darstellen.

Die Fluoreszenzmikroskope sind voll motorisiert (X-Y-Z-Achse, Filterwechsler, optischer Zoom). Über eine Firewire-Schnittstelle (IEEE1394) werden die Daten auf einen Computer übertragen bzw. wird darüber auch das neuartige Fluoreszenzmikroskop gesteuert. Der optische Zoom erlaubt Vergrößerungen im Bereich 0,5- bis 3-fach zusätzlich zur Vergrößerung des Objektivs bei gleich bleibender numerischer Apertur. Die Fluoreszenzmikroskope BZ-8000 bauen 40 % kompakter als herkömmliche vergleichbar ausgestattete Fluoreszenzmikroskope. Sie benötigen nur eine Stellfläche von 31 × 43 cm.

Vier Kanäle gleichzeitig

Bis zu vier Filtersysteme können gleichzeitig eingesetzt und über die elektronische Steuerung vollautomatisch gewechselt werden. Daher lassen sich mit nur einem Mausklick Bilder, die mit unterschiedlichen Filtern erzeugt wurden, am vierfach geteilten Bildschirm gleichzeitig anzeigen. Durch Anklicken des jeweiligen Bildschirmabschnitts kann man zwischen den vier Kanälen umschalten und eine Mehrfarbüberlagerung zwecks Analyse durchführen.

Positiv fürs Laborbudget: Die Lebensdauer der Quecksilberdampflampe (Fluoreszenzauflichtbeleuchtung) wurde auf 2000 Betriebsstunden erhöht. Sie lässt sich bei Bedarf ebenso wie die 100-W-Halogenlampe (Durchlichtbeleuchtung) sehr einfach austauschen, denn eine Justierung des Fluoreszenzbeleuchtungssystems durch den Anwender ist nicht notwendig.

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