Moderne Mikroskopie erlaubt eine spannende Perspektive auf Details …

Ein modernes Mikroskop zählt zu der Gruppe der bedeutendsten Arbeitsgeräte im Bereich von Biologie, Medizin sowie Technik. Demnach sind die medizinischen Fortschritte unmittelbar an die Ausbildungsstufe und Modifikation des Geräts gekoppelt. Folglich gelang dem italienischen Mediziner Marcello Malpighis unter Zuhilfenahme eines Mikroskops im Kalenderjahr 1660 die Entdeckung von Bakterien und roten Blutkörperchen. Zu den Domänen der modernen Mikroskopie zählen mannigfaltige Themenfelder wie etwa Zell- und Krebsforschung sowie die neurowissenschaftlichen Forschung. Ebenso findet die Mikroskopie Verwendung im Bereich der Nanotechnologie.
Während das Lichtmikroskop sichtbares Licht zur Bilderzeugung nutzt und die präzise Beobachtung lebender Objekte ohne eine etwaige Vorbehandlung ermöglicht, generieren Elektronenmikroskope vergrößerte Bilder mit Hilfe hochbeschleunigter Elektronen. Entsprechende Transmissions – Elektronenmikroskope gelten als Mikroskope mit dem vergleichsweise höchsten Auflösevermögen.

Geräte ermöglichen in der Spitze eine 2. 000 000fache Endauflösung

Elektronenmikroskope nutzen bildauffangende Fluoreszenzschirme, die die Grenzauflösung beeinflussen und den elektronenmikroskopischen Bildern eine relativ ausgeprägte grobe Körnung verleihen, sodass die Auswertung entsprechender Bilder nicht direkt am Mikroskop erfolgt. Eine Beobachtung von Lebensvorgängen ist mit Hilfe eines Elektronenmikroskops grundsätzlich nicht möglich. Verantwortlich hierfür ist die stark limitierte Objektdicke in Verbindung mit dem Verfahren. Das zwingende Einbringen des jeweiligen Präparates in ein Vakuum verhindert ebenso das Betrachten von Lebensvorgängen. Parallel dazu erhitzt der Elektronenstrahl Präparate und fördert das Abdampfen leichtflüchtiger Elemente, die aus organischem Material bestehen. Dieser Mechanismus stilisiert Ursprungspräparate zu unvollständigen Grundgerüsten, die auf Kohlenstoff sowie nichtflüchtigen Elementen basieren und nicht die ursprünglich Struktur des entsprechenden Präparates abbilden. In der Spitze erlaubt das Verfahren eine bis zu maximale 2.000 000fache Endauflösung.

Zudem nutzt die moderne Mikroskopie Rasterelektronenmikroskope ( REM) zur Bilderzeugung. Der Mechanismus entsprechender Geräte basiert auf Elektronenstrahlen. Scanning- Elektronenmikroskope gehören zu der Gattung der Rastermikroskope, die ein getrocknetes, akkurat in ein Vakuum eingebettetes Präparat mit Hilfe eines gebündelten Primärelektronenstrahls abtasten. Dieser Vorgang schleudert Sekundärelektronen aus dem Präparat, die sich unterstützt durch elektrische Spannung und eine seitlich platzierte Netzanode absorbieren bzw. ansaugen lassen. Ein spezielles Verstärkersystem überführt die Impulse auf einen Monitor und erzeugt mit Hilfe eines Zeilengenerators ein Bild des abgetasteten Objekts, das mit einer überdurchschnittlichen Schärfentiefe überzeugt. Der Vergrößerungsbereich von REM- Geräten bewegt sich zwischen 50facher bis zu maximal 1. 000000facher- Vergrößerung.

Präzise Bildgebung mittels Mikroskopie dient als essentieller Baustein für die Krebsforschung

Krebs ist als komplexe Erkrankung zu klassifizieren. Als Auslöser für das Krankheitsbild sind Zellen identifiziert, die eine defekte Wachstumsregulation erkennen lassen. Epigenetische und genetische Veränderungen, die die Zellen betreffen, hebeln demnach die ursprüngliche Zellfunktion aus und fördern ein unkontrolliertes und fortwährend autonomes Zellwachstum. Die moderne Mikroskopie macht die Krebs- bzw. Tumorbiologie transparent und ermöglicht die akkurate Analyse der krebsspezifischen Krankheits- und Funktionsmechanismen. Unterstützt durch Mikroskopieverfahren gelingt demnach die dynamische Überwachung von zelleigenen Lebendvorgängen, sodass sich das Prinzip von Krebsentstehung, Zellmigration und Metastasierung nachvollziehen lassen.

Mit Hilfe des innovativen Verfahrens “ in vivo multiphon laser – scanning Microscopy“ entschlüsselten Forscher der neurologischen Universitätsklinik Heidelberg 2020 beispielsweise den Prozess der Entstehung von Hirnmetastasen und formulierten basierend auf ihren Erkenntnissen diesbezügliche Präventionsempfehlungen.

Bildnachweis: KaYann-adobe.stock.com

Bildnachweis: tilialucida-adobe.stock.com