Elektronenmikroskopie mit Kaffee

Seit Jahrzehnten gilt Uranylacetat als Goldstandard für die Kontrastierung biologischer Proben in der Transmissionselektronenmikroskopie. Das Salz schwerer Uranatome sorgt für starke Bildkontraste, weil es gezielt an Zellstrukturen bindet und so die Streuung von Elektronen erhöht. Doch der Preis ist hoch: Uranylacetat ist toxisch, radioaktiv und unterliegt strengen gesetzlichen Auflagen. In einigen Laboren ist sein Einsatz inzwischen ganz untersagt, Lagerung und Entsorgung sind teuer und bürokratisch aufwendig. Der Bedarf an sicheren, möglichst ungiftigen Alternativen ist entsprechend groß.

Zwar existieren bereits Ersatzstoffe – etwa Lanthanid-Salze oder sogenannte Platinum-Blue-Färbungen –, doch entweder erreichen sie nicht die Bildqualität von Uranylacetat oder sie sind selbst gesundheitsgefährdend. Vor diesem Hintergrund begann die Suche nach einer „grünen“ Alternative, die wirksam, kostengünstig und unproblematisch in der Handhabung ist.

Kaffee statt Uranylacetat: Wie ein Alltagsgetränk zum Kontrastmittel der Elektronenmikroskopie wurde

Der Ausgangspunkt dafür war überraschend banal: Kaffeeflecken. Beobachtungen von hartnäckigen, kreisförmigen Rückständen in stehen gelassenen Tassen brachten Forschende auf die Idee, die ausgeprägten Färbeeigenschaften von Kaffee systematisch zu untersuchen. Am Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik der TU Graz griff ein Team um Ilse Letofsky-Papst und Claudia Mayrhofer diesen Alltagsbefund auf und testete Kaffee – konkret Espresso – als Kontrastmittel für ultradünne biologische Schnitte.

Die wissenschaftliche Grundlage ist klar: Biologisches Gewebe und die zur Einbettung verwendeten Harze bestehen überwiegend aus leichten Elementen und liefern daher kaum intrinsischen Kontrast im Elektronenmikroskop. Kontrastmittel müssen diese Schwäche ausgleichen, indem sie die Elektronendichte lokal erhöhen. Kaffee enthält eine Vielzahl organischer Verbindungen, insbesondere Chlorogensäure, die offenbar in der Lage sind, an Zellmembranen zu binden und so Kontrasteffekte zu erzeugen.

In Vergleichsstudien wurden Proben – unter anderem von Mitochondrien des Zebrafischs – unter identischen Bedingungen entweder mit Uranylacetat, handelsüblichen Ersatzstoffen, Kaffee oder reiner Chlorogensäure gefärbt. Die Bildqualität wurde dabei nicht nur subjektiv bewertet, sondern mithilfe von Bildanalysesoftware quantitativ erfasst. Das Ergebnis: Espresso lieferte sehr gute Kontrastwerte, teils vergleichbar mit, in einzelnen Parametern sogar besser als Uranylacetat. Besonders deutlich war der Effekt an mitochondrialen Membranen.

Kein Schmäh – der Kaffee wirkt wirklich

Die Forschenden konnten zudem zeigen, dass sich der bislang oft intuitive Eindruck von „gutem“ oder „schlechtem“ Kontrast in objektive, vergleichbare Messgrößen überführen lässt. Damit gewinnt der Ansatz auch methodisch an Gewicht.

Kaffee ist ungiftig, nicht radioaktiv, weltweit verfügbar und um ein Vielfaches günstiger als klassische Kontrastmittel. Gleichzeitig entfallen regulatorische Hürden, die den Einsatz von Uranylacetat zunehmend erschweren. Noch ist der Ansatz nicht universell etabliert: Weitere Tests an unterschiedlichen Gewebearten sind notwendig, bevor Kaffee als Standardkontrastmittel gelten kann. Doch die Ergebnisse zeigen, dass aus einer alltäglichen Beobachtung eine ernsthafte wissenschaftliche Alternative entstehen kann – und dass selbst in hochspezialisierten Labormethoden manchmal ungewöhnliche Wege zum Ziel führen. Übrigens haben Vergleiche beim Ausprobieren auch offenbart: Kaffee eignet sich jedenfalls besser als Tee.

Originalarbeit: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1046202325001835?via%3Dihub