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SPDM = Spektrale Präzisions- Distanz Mikroskopie

(Lokalisationsmikroskopie)

 Spectral Precision Distance Microscopy Demo

Spektrale Präzisions-Distanz-Mikroskopie (SPDM) (Spectral Precision Distance/Position Determination Microscopy) ist ein  lichtmikroskopisches Verfahren der Spectrally Assigned Localization Microscopy (SALM) , mit welchem  eine optische Auflösung weit unterhalb der optischen Beugungsbegrenzung möglich ist (superresolution microscopy). In der Genomforschung hat sich SPDM als ein für das Studium der funktionellen Organisation des Zellkerns äußerst wertvolles Werkzeug erwiesen. Weitere Anwendungsgebiete in unserer Arbeitsgruppe sind zelluläre Nanostrukturen in Säugerzellen, Pflanzenzellen und Bakterien.

Unterschiedliche spektrale Markierungen (z.B. Fluoreszenz-Farbstoffe unterschiedlichen Absorptions- und/oder Emissionsverhaltens; Farbstoffe mit unterschiedlichen Lebensdauern im angeregten Zustand; Zeitabhängigkeit der Lumineszenz, reversible Bleichvorgänge etc.) sorgen dafür, dass die Objekte trotz beugungsbedingten Überlappens der Bilder  optisch voneinander getrennt werden können. Die Schwerpunkte der Molekülpositionen können  für jede spektrale Markierung durch geeignete  Bildbearbeitungprogramme aus der Intensitätsverteilung des Beugungsmusters berechnet werden.

Die SPDM kann in verschiedener Weise realisiert werden. Im konfokalen Mikroskop ermöglichte SPDM z.B. eine lokale dreidimensionale Positions- und Abstandsauflösung (3D) (Topologische Auflösung) von ungefähr 50 Nanometern innerhalb ausgedehnter transparenter Objekte wie z.B. Zellen und Zellkernen. In den letzten Jahren  wurde die SPDM zu einem Verfahren weiter entwickelt, das auch bei homogener (NICHT-fokussierender) Weitfeldbeleuchtung zu einer optischen Auflösung im molekularen Bereich genutzt werden kann. Unter optimalen Bedingungen erreichen wir gegenwärtig eine optische Auflösung von ca. 10 nm.

Einige bisher realisierte Anwendungen:
 

  • Studium der relativen Positionen der Gene ANT2 und ANT3 auf weiblichen X-Chromosomgegenden in 3D konservierten menschlichen Zellenkernen (Dietzel et al., 1999)
  • Untersuchung der 3D-Nanostruktur der BCR-ABL-Regionen (Chromosom 22 und 9) in den Zellenkernen von Patienten mit Leukämie Erkrankung (CML) (Esa et al., 2000). Die Abstände und die gemessenen Konformationswinkel konnten verwendet werden, um topologische Computermodelle der spezifischen Chromatin-Nanostrukturen zu prüfen.
  • Conformational differences in the 3D-nanostructure of the immunoglobulin heavy-chain locus, a hotspot of chromosomal translocations in B lymphocytes. (Esa et al.,2001).
  • Messung der 3D-Abstände im Zellkern zwischen bestimmten Sequenzen der Prader-Willi-Region auf Chromosoms 15 (Rauch et al., 2000/2008).
  • Two-color intranuclear distance measurements of gene regions in human lymphocytes. (S. Fenz et al., 2007)
  • SPDM: light microscopy with single-molecule resolution at the nanoscale. (Reymann et al, 2008;P. Lemmer et al., 2008)
  • Lokalisationsmikroskopie: Lichtoptische Nanoskopie. (C. Cremer, 2009)
  • Light-Induced Dark States of Organic Fluochromes Enable 30 nm Resolution Imaging in Standard Media. (D. Baddeley et al., 2009)
  • SALM: spectraly assigned localisation microscopy. (Kaufmann et al, 2008; Lemmer et al, 2009; Gunkel et al, 2009)


Eine Reihe von weiteren biomedizinischen Anwendungen sind z.Z. in der Erprobungsphase.
 
  Siehe Publikationsliste zur Nanoskopie