Prof. Dr. rer. nat. Stefan W. Hell

Prof. Dr. rer. nat. Stefan W. Hell
Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie, Göttingen

Der Blick in die Mikrowelt mithilfe von Lichtmikroskopen ist beschränkt, denn für deren Auflösung existiert eine physikalische Grenze.
Doch lässt sich die Natur vielleicht austricksen, indem man dieses Limit umgeht?

Stefan W. Hell fand tatsächlich einen Weg, um mit einem Lichtmikroskop kleinere Strukturen sichtbar zu machen, als dies nach den physikalischen Gesetzen eigentlich möglich wäre. Stefan W. Hell ist Direktor am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen.

Wertvolles Instrument für die Krebsforschung
Um eine Krankheit wie Krebs effektiv behandeln zu können, muss man zunächst herausfinden, was dabei im Körper geschieht. Dazu benutzen die Forscher meist ein Fluoreszenzmikroskop: ein Lichtmikroskop, mit dem sich die Verteilung von Proteinen in einer Körperzelle beobachten lässt. Die Proteine werden mit Markermolekülen gekennzeichnet und beleuchtet. Dabei fluoreszieren die Markermoleküle: Sie senden farbiges Licht aus, das zeigt, wo welche Proteine vorhanden sind.

Doch die Möglichkeiten dieser Methode sind begrenzt: Wenn der Abstand zwischen den Proteinen sehr klein ist, lassen sie sich nicht getrennt wahrnehmen. Denn da sich Licht wie eine Welle ausbreitet, die an Objekten gebeugt wird, kann man unter einem Lichtmikroskop nur Details erkennen, die mindestens eine halbe Wellenlänge - rund 200 Nanometer - auseinander liegen. Der deutsche Physiker Ernst Abbe entdeckte das 1873. Eine höhere Auflösung war bisher nur mit Elektronen- oder Rastersondenmikroskopen möglich, mit denen man nicht in lebende Zellen blicken kann.

Ein ringförmiger Fleck wird überlagert
Stefan W. Hell überwand nun erstmals das Abbesche Limit mithilfe eines Stimulated-Emission-Depletion-Mikroskops (STED). Dessen Auflösung wird nicht durch die Wellenlänge des Lichts begrenzt, sondern nur durch die Technik. Der Trick: Dem runden Lichtfleck, mit dem man eine Zelle beleuchtet, wird ein ringförmiger Fleck überlagert, der eine entgegen gesetzte Wirkung auf die Markermoleküle hat: Während sie das Licht im runden Brennfleck zum Leuchten anregt, unterdrückt das Licht im ringförmigen Fleck diese Fluoreszenz. Die Folge: Es leuchten nur die Marker der Proteine in dem kleinen Loch in der Mitte des Lichtrings. Das schärft den Blick des Mikroskops. Im Prinzip kann man so einzelne Moleküle sehen.

Die Technologie bietet die Möglichkeit, feinste Details der Vorgänge in lebenden Zellen sichtbar zu machen. Sie verspricht grundlegend neue Einsichten in die molekularen Ursachen von Krankheiten und die Wirkung von Medikamenten. Die Mannheimer Firma Leica Microsystems erwartet, dass bald alle großen wissenschaftlichen Institutionen weltweit mit STED-Mikroskopen ausgestattet werden. Als Lizenznehmer der Technologie will das Unternehmen 2007 erste Geräte auf den Markt bringen - produziert in Deutschland.