Mikroskop mit Facetten-Objektiv untersucht bis zu 384 Proben gleichzeitig

Essen-Duisburg – Ein neues Mikroskop für Hochdurchsatzanalysen hat eine Arbeitsgruppe vom Leibniz-Insti­tut für Analytische Wissenschaften und der Universität Duisburg-Essen entwickelt. Sie berichtet darüber im Fachmagazin Nature Communications (2023, DOI: 10.1038/s41467-023-43765-3).

Bei der herkömmlichen Videomikroskopie beobachtet ein einzelnes Objektiv die Bewegung von Zellen unter dem Objektiv – eine Probe nach der anderen. Mit ihrem neuen Mikroskop können die Wissenschaftler 64 und künftig sogar 384 Proben gleichzeitig untersuchen. Sie haben sich dabei auf die Einwanderung von neutro­philen Granulozyten in Tumorgewebe konzentriert.

„Wenn man wüsste, wie sich Neutrophile steuern lassen, würden sich viele Erkrankungen besser behandeln lassen“, sagte Matthias Gunzer, Direktor am Institut für Experimentelle Immunologie und Bildgebung der Universität sowie Leiter der Abteilung Biospektroskopie am Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften.

Aber um solche Forschungsarbeiten voranzutreiben, fehle es bisher an Untersuchungsmethoden, vor allem für die kleinen, schnell wandernden Immunzellen, so der Wissenschaftler. Die Arbeitsgruppe hat zu diesem Zweck ein Mikroskop mit dem Namen „ComplexEye“ entwickelt – und dabei eng mit Elektrotechnikern und Informa­tikern zusammengearbeitet.

„Die Herausforderung war, miniaturisierte Mikroskope zu bauen, beweglich zu machen und so dicht zu einem System zusammenzufügen, dass sie Videos von jeder einzelnen der 384 Kammern einer Wellplatte, einer gängigen Untersuchungskassette, aufnehmen können“, erläuterte Reinhard Viga aus dem Fachgebiet Elektro­nische Bauelemente und Schaltungen der Universität.

Der Elektroingenieur leitete den technischen Aufbau des neuen Mikroskops. Wie das Facettenauge einer Fliege bewegt sich das ComplexEye unter der Wellplatte und macht gleichzeitig mit allen Linsen Aufnahmen im Abstand von acht Sekunden.

Diese Aufnahmen fügen die Wissenschaftler anschließend zu einem Zeitraffervideo zusammen. Die in diesen Videos sichtbaren wandernden Zellen verfolgen die Forscher anschließend mithilfe einer künstlichen Intelli­genz. In Zukunft soll das ComplexEye um weitere Linsen erweitert werden, sodass noch mehr Aufnahmen möglich werden.

Die Forscher hoffen, dass sich hieraus viele neue therapeutische Möglichkeiten ergeben. „Mit einigen kleine­ren Anpassungen lässt sich das ComplexEye auch für andere Zellen anwenden, um beispielsweise Krankheits­verläufe zu beobachten und dabei Frühwarnzeichen für eine Verschlimmerung von Infektionen wie drohende Blutvergiftungen zu erkennen“, so Gunzer.

hil