Embryonenentwicklung unter dem Mikroskop

In der Embryo-Entwicklung spielen nicht nur Gene, Stoffwechselwege und biologische Signale eine Rolle, sondern auch mechanische Eigenschaften von Zellen und Geweben, zum Beispiel die Viskosität und Elastizität. Wissenschaftler des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg haben in einer Studie im Fachjournal Nature Methods Ende März gezeigt, wie sie solche Prozesse mit Hilfe ihres verbesserten Brillouin-Mikroskops beobachten können. Dabei können die physikalischen Eigenschaften des Gewebes in Embryonen verschiedener Tiere dreidimensional visualisiert und sogar die Wechselwirkungen zwischen Materieschwingungen und Licht sichtbar gemacht werden.

Robert Prevedel und sein Team nutzen das Phänomen der Brillouin-Streuung, um dynamische biologische Prozesse und die damit einhergehenden physikalischen Eigenschaften des Gewebes in Embryonen verschiedenster Tiere – wie Fruchtfliegen, Seescheiden und Mäuse – bei geringer Phototoxizität schnell und dreidimensional zu visualisieren. Die herkömmliche Brillouin-Mikroskopie ist langsam und erfordert lange Belichtungszeiten, die zu Zellschäden führen können. Um solche Schäden zu minimieren, wurde die Brillouin-Mikroskopie mit Lichtblattmikroskopie kombiniert, um die gleichzeitige Visualisierung von Biomolekülen mittels Fluoreszenz zu ermöglichen. Dadurch wurden eine neue fluoreszenzgesteuerte 3D-Brillouin-Bildanalyse konzipiert, die bei der Dateninterpretation sowie bei der Korrelation und Zuordnung mechanischer Eigenschaften zu verschiedenen molekularen Bestandteilen oder Geweberegionen große Fortschritte ermöglicht.

Diese automatisierten Mikroskope kombinieren eine verbesserte Hintergrundunterdrückung und Auflösung mit der Fluoreszenz-Lichtschnittbildgebung und ermöglichen die Visualisierung der mechanischen Eigenschaften von Zellen und Geweben über Raum und Zeit in lebenden Organismusmodellen, wobei auf invasive Methoden verzichtet wird. Dadurch könnte man in Zukunft das komplexe Zusammenspiel zwischen Genetik, biochemischen Signalen und der Rolle der Biomechanik erforschen.