Die Grundlagen des Lebens erforschen

Dr. Thomas Kalkbrenner
Unter den Lebenswissenschaften versteht man neben der Biologie auch verwandte Bereiche wie Medizin, Biochemie oder Pharmakologie. Das unserer Innovation zu Grunde liegende Verfahren ist die Fluoreszenzmikroskopie. Man kann sagen, dass keine Innovation oder neue Forschung im Bereich der Lebenswissenschaften heute ohne sie denkbar wäre. Nicht umsonst wurde die Entwicklung der fluoreszenten Proteine mit dem Nobelpreis für Chemie 2008 ausgezeichnet. Das Problem ist aber, dass die Fluoreszenzmikroskopie durch die erforderliche Laseranregung die Probe schädigen kann. Das „Leben“, die lebenden Zellen, die man untersuchen und deren Funktion man verstehen will, werden also durch diese Beobachtung nachhaltig verändert oder gar geschädigt. Da setzt unsere Innovation an: Wir haben ein neuartiges Mikroskopsystem entwickelt, welches das verhindert und damit eine wesentliche Beschränkung der Fluoreszenzmikroskopie eliminiert. Ein weiterer, wesentlicher Teil der Innovation besteht darin, dass dieses System als einziges Lichtblattmikroskop Standardprobenträger verwenden kann, die in der Zellbiologie eingesetzt werden. Damit wird es auch attraktiv für Pharmakologie und Wirkstoffscreening. Es gibt zum Beispiel im Moment einen sehr starken Trend für die Wirkstoffforschung sogenannte Organoide zu verwenden. Das sind, wenn man so will, kleine Modell-Organe, an denen sehr effizient Wirkstoffe getestet werden können; sie beschleunigen also die Wirkstoffentwicklung und können Tierversuche ersetzen. Sie sind aber auch sehr lichtempfindlich, sie leiden stark unter der Fotoschädigung. Man hat mit diesen Organoiden also ein hohes Potential, verschiedenste Wirkstoffe zu überprüfen. Es muss aber sichergestellt sein, dass durch die Beobachtung die Prozesse in den Zellen nicht beeinflusst werden. Damit passen sie genau zu den Schlüsseleigenschaften unseres Systems.

Was passiert normalerweise unter dem Fluoreszenzmikroskop?

Dr. Thomas Kalkbrenner
Bei der Fluoreszenzmikroskopie verwendet man entweder synthetische Farbstoffe oder fluoreszierende Proteine, die von den Zellen selbst erzeugt werden. Sie können durch Licht einer bestimmten Wellenlänge angeregt werden und emittieren dann Licht in einer anderen, längeren Wellenlänge. Dieses Licht wird dann detektiert, und das Schöne daran ist, dass diese Fluoreszenzmarker gezielt an Zielstrukturen gekoppelt werden können. Es ist die einzige Methode, mit der man Dynamik und Interaktion bestimmter Bausteine einer Zelle untersuchen kann, denn man weiß genau, welcher Baustein der Zelle mit welchem Farbstoff markiert ist.

Ihre Innovation basiert auf einem Prinzip, das als „Lichtblattmikroskopie“ bekannt ist. Was ist darunter zu verstehen?

Ralf Wolleschensky
Die klassische Fluoreszenzmikroskopie verwendet nur ein Objektiv für die Abbildung der Probe, also sowohl für das Beleuchten als auch für die Abbildung. Bei der Lichtblattmikroskopie sind die beiden Aufgaben getrennt: Es gibt ein eigenes Objektiv für die Anregung und ein weiteres Objektiv für die Detektion der Probe, und diese beiden Objektive stehen senkrecht zueinander. Der entscheidende Vorteil ist, dass man nun mit dem Beleuchtungslicht – dem Lichtblatt – nur dahin leuchtet, wo das Detektionsobjektiv auch in diesem Moment hinschaut. Allein dadurch wird die Belastung der Probe signifikant reduziert. Das ist schon länger bekannt, konnte aber bisher nur bei großen Objekten eingesetzt werden.
Das „Lattice Lightsheet“ ist nun die Transformation dieses Lichtblattkonzepts auf kleine Proben wie einzelne Zellen. Um das zu ermöglichen, mussten wir gleich an mehreren Stellen mit den klassischen Konzepten der Mikroskopie brechen.

Welche Probleme bzw. konkreten Lösungen ergaben sich auf diesem Weg?

Dr. Jörg Siebenmorgen
Zunächst brauchen wir für die Lichtblattmikroskopie an Zellen besonders dünne Lichtblätter, die aber gleichzeitig möglichst lang sein sollen. Mit klassischen Laserstrahlen, sogenannten Gauß-Strahlen, kann das nicht erreicht werden: Je stärker man sie fokussiert, desto kürzer werden sie. Man muss die Strahlformung also anders vornehmen. Wir erzeugen mit einem Lichtmodulator ganz spezielle Strahlenmuster, die dann in der Probe zu einem langen und sehr dünnen Lichtblatt werden – das sind die sogenannten Lattice Lightsheets.
Es war zusätzlich eine große Herausforderung, diese komplexe Strahlformung so zu realisieren, dass sie je nach Anwendung verschiedenste Lichtblätter in unterschiedlichen Farben ohne Justage nur per Mausklick zur Verfügung stellt.

Ralf Wolleschensky
Die zweite große Herausforderung liegt in der Probe selbst: Der Anwender muss seine Proben in für die Zellbiologie gängigen Probengefäßen ohne Einschränkung untersuchen können. Zellen werden typischerweise in Petrischalen oder Multiwell-Platten kultiviert; sie wachsen dabei in einer Nährlösung auf einem Deckglas. Man muss sie also von unten durch das Deckglas hindurch beobachten. Für unsere Lichtblattanordnung bedeutet das nun aber, dass beide Objektive schief durch das Deckglas hindurchschauen müssen. Und das funktioniert mit einem normalen Mikroskopobjektiv aufgrund der dabei entstehenden, extremen Bildfehler nicht. Es ist ein bis dato ungelöstes optisches Problem. Was wir entwickelt haben, also schräg durch ein Deckglas schauen zu können, hat in der Mikroskopie noch keiner gemacht und auch keiner für möglich gehalten, nicht einmal der Nobelpreisträger Prof. Eric Betzig.
Das Team hat verschiedenste Ansätze untersucht, die wir immer wieder aufs Neue nach Leistungsfähigkeit und Kosten bewertet haben – und zum Teil wieder verworfen haben. Letztendlich haben wir mit speziellen Freiformelementen im Objektiv die ideale Lösung gefunden.

Man braucht also keine speziell für das System ausgelegten Probengefäße?

Dr. Thomas Kalkbrenner
Nein, das haben wir von Anfang an von uns gefordert, denn nur dann ist der breite Einsatz dieses Systems möglich. Aber das ist nicht trivial, denn es gibt für die Deckgläser in den Laborgefäßen Spezifikationen, nach denen sie eine Abweichung von ihrer Nenndicke von plus/minus 15 Mikrometer haben dürfen. Aber bereits zwei bis fünf Mikrometer Abweichung von der Nenndicke würde unsere optische Abbildung schon wieder drastisch verschlechtern. Das heißt, Veränderungen in dieser Größenordnung muss unser System zusätzlich ausgleichen können – es musste also eine adaptive Lösung sein.
Und so ist ein völlig neuartiges Objektiv mit verstellbaren Freiformelementen entstanden, das diese Aufgabe erfüllt – es liefert hochauflösende Aufnahmen vom Inneren von Zellen, als ob das Deckglas gar nicht vorhanden wäre.

Eine weitere Herausforderung liegt in der Probenpositionierung. Wir haben jetzt einen Bruch in der Geometrie des normalen Mikroskops: Das Lichtblatt, das schräg in der Probe steht, das andere Objektiv schaut senkrecht auf diese schräge Bildebene. Für den bildgebenden Scanvorgang muss die Probe durch diese optische Anordnung durchbewegt werden. Dies muss wiederum mit einer sehr hohen Präzision passieren, denn davon hängt letztlich die Auflösung ab. Es wird eine Sequenz von Bildern eingezogen, die nachher zu dem 3D-Volumen verrechnet werden. Wenn nicht zu jedem Zeitpunkt das Bild an der richtigen Stelle aufgenommen wird, kommen nachher auch Fehler in diese 3-D-Darstellung. Da wir den Kunden aber auch den Einsatz sogenannter Multiwell-Platten ermöglichen, die fast 12 cm groß sind, muss das Positioniersystem die Genauigkeit auf Nanometerskala über Verfahrbereiche von mehreren Zentimetern ermöglichen – keine leichte Aufgabe.

Das Hauptproblem aus Anwendersicht ist aber die Fotoschädigung der Zellen, wodurch die Ergebnisse möglicherweise nicht korrekt, nicht vergleichbar, sind?

Dr. Jörg Siebenmorgen
Es ist sogar so, dass bestimmte Experimente gar nicht möglich sind. In einem High-End- Fluoreszenzmikroskop klassischer Art wird die Probe mit der tausendfachen Intensität unserer Sonne beleuchtet – z. T. sogar noch deutlich mehr. Wenn wir am Strand liegen, bekommen wir einen Sonnenbrand schon von „einer“ Sonne. Jetzt kann man sich vorstellen, was passieren kann, wenn eine Zelle der Intensität von tausend Sonnen ausgesetzt wird: Die internen Abläufe können verändert werden, sie kann nachhaltig geschädigt werden oder auch sterben.
Die Effekte der Fototoxizität, also was durch die Lichteinstrahlung passiert, sind komplex und da ist auch noch nicht alles verstanden. Aber wenn man die Grundlagen des Lebens erforschen will, muss man sie vermeiden. Und das Lattice Lightsheet bietet die bislang beste Möglichkeit dafür.

Das heißt, dass sich die Zellen durch das neue Prinzip, die neue Anordnung des Lichts, nicht gestört fühlen und diese Fototoxizität nicht auftritt?

Dr. Thomas Kalkbrenner
Die Effekte werden um Größenordnungen reduziert, so dass der Anwender überhaupt erst in die Lage versetzt wird, sein spezifisches Experiment unter die Schädigungsschwelle des jeweiligen Organismus zu bekommen.
Wir haben das durch Experimente überprüft, die mehrere Tage lang abliefen. Dabei konnten wir feststellen, dass sich nach einer Zellteilung die Tochterzellen und auch die Enkelzellen geteilt haben. Das ist ein starker Indikator dafür, dass die Zellen nicht durch die Beobachtung geschädigt wurden. Aber viel überzeugender und befriedigender sind die Daten unserer Kunden aus verschiedensten Bereichen, die fast immer mit der Aussage verknüpft sind: „Dieses Experiment war mit keinem anderen Mikroskopsystem möglich“.

Ein wichtiges Thema für die Konstruktion der Innovation sind Langzeitexperimente. Welche Aspekte sind da zu beachten?

Ralf Wolleschensky
Tatsächlich ist das System für Messungen über Stunden und Tage ausgelegt. Ein Problem dabei ist die sogenannte Immersion: Bei hochauflösenden Mikroskopobjektiven wird zwischen der letzten Linse und der Probe eine Flüssigkeit eingebracht, um die Auflösung zu steigern. Diese Situation haben wir hier auch; wir haben ein sogenanntes Wasser-Immersionssystem, das Immersionsmedium ist also Wasser. In der Laborumgebung verdunstet das natürlich mit der Zeit, daher braucht man eine automatisierte Wassernachführung. Das haben wir realisiert, indem wir in den kleinen, optisch ungenutzten Teil der Frontlinse unserer Optik ein Loch gebohrt haben, durch das das Wasser automatisch nachgeführt werden kann.

Dr. Thomas Kalkbrenner
Grundsätzlich haben wir versucht, diese Plattform mit einem sehr hohen Automatisierungspotential zu versehen. Das gilt für die Probenpositionierung selbst und auch für die Einstellung der Deckglasdicke, aber auch in Bezug auf die Neigung der Deckgläser. Die Probenträger sind ja Verbrauchsmaterialien, wir haben keine Kontrolle darüber, wie eben sie in Bezug auf das Probengefäß sind. Wir müssen damit rechnen, dass eine leichte Verkippung entsteht. Unser Probenpositioniersystem muss solche Abweichungen ausgleichen können.
Noch ein Aspekt ist dabei wichtig: Die Bildgebung findet in einem verkippten Koordinatensystem statt. Die Nutzer sind aber gewohnt, das Mikroskopbild in der Ebene des Deckglases zu sehen, also parallel zum Deckglas. Wenn er jetzt auf einen schrägen Schnitt schaut, findet er sich zunächst nicht zurecht. Daher werden die Rohdaten schnell in das gewohnte Deckglas-Koordinatensystem transformiert, damit die Anwender sich leicht orientieren und die relevanten Probenbereiche identifizieren können.

Das waren viele Entwicklungsschritte, die dann in das Produkt mündeten. Wann kamen die ersten Geräte auf den Markt?

Dr. Thomas Kalkbrenner
Das war Ende 2019/Anfang 2020, im Rahmen eines Early Customer Programms: Wir haben neun Systeme gefertigt, die ab dann im Monatstakt an ausgewählte Kunden geliefert wurden. Wir haben damals noch in einem kleinen Team gearbeitet, es gab noch keine Fertigungslinie, die das schneller hätte übernehmen können. Dabei ist deutlich geworden, dass diese Plattform eine völlig neue auch für ZEISS ist. Und der Sprung von null auf hundert bei dieser neuen Plattform, die von allen bisher dagewesenen Mikroskopansätzen abweicht, war eigentlich zu groß. Deswegen haben wir diesen Schritt über die Kleinserie gewählt. Und sehr viel dabei gelernt.

Dr. Jörg Siebenmorgen
Die ersten beiden Systeme haben wir beide noch mehr oder weniger allein aufgebaut. Wir standen hier in der Fertigung, haben die Kollegen eingewiesen und dabei sehr viel gelernt, wie wir das Ganze in eine Serie überführen könnten, welche Arbeitsschritte erforderlich sind.
Diese Erstkunden waren weltweit verteilt. Für uns war es wichtig, dass wir mit ihnen sehr eng zusammenarbeiten. Die vielen Rückmeldungen haben wir in das spätere Produkt einfließen lassen. Dabei sollte ein möglichst breites Applikationsspektrum, alle Facetten der Anwendungsmöglichkeiten für das Gerät abgedeckt werden. Und es sollten Kunden sein, die in ihrem Umfeld führend sind.

Ralf Wolleschensky
Wir hatten in dem Projekt auch den Nobelpreisträger Eric Betzig vom Janelia Research Campus. Er hatte einen Aufbau ausgearbeitet, wo er bereits eine Lichtblattbildgebung mit subzellulärer Auflösung realisiert hatte. Die Einschränkung war, dass er mit klassischen Optiken von oben in die Probe hineintauchen musste und damit Kontakt zur Probe hatte, was potentiell zu Kontaminationen führen kann. Zudem, was eine große Einschränkung bezüglich der Probenformate bedeutet, gab es nur ein sehr kleines Bildfeld, was man für die Bildgebung nutzen konnte. Mit diesem Aufbau und in Kooperation mit verschiedenen Anwendern weltweit, sind hochkarätige Publikationen in „Science“ und „Nature“ entstanden. Damit war in der Community letztlich bekannt, dass diese Art der Lichtblatt-mikroskopie mit subzellulärer Auflösung wirklich spannende, neue Perspektiven eröffnet. Was aber fehlte, war der inverse Ansatz, mit dem man durch das Deckglas hindurchschauen kann. Wir sind auf die einzelnen Forschungsgruppen zugegangen und haben mit unserem Ansatz eine sehr positive Resonanz gefunden.

Die Wissenschaft haben Sie überzeugt, wie war es denn im eigenen Haus mit Ihrer Idee? War oder ist das nicht die Ablösung der herkömmlichen Produktlinien?

Ralf Wolleschensky
Auf der einen Seite gab es Skepsis: Braucht es eine weitere Plattform? Und auf der anderen Seite auch die volle Unterstützung. Das Potential der Technologie war über die Publikationen aus dem Betzig-Labor ja sehr greifbar. Da war etwas Spannendes, das mussten wir uns unbedingt ansehen. Wir haben ein dediziertes Team geformt mit dem Auftrag, kaskadiert vorzugehen und dabei das Risiko zu minimieren; d. h. nicht gleich das Produkt zu entwickeln, um dann festzustellen, es ist nicht genau das, was der Kunde braucht. Deshalb haben wir Zwischenschritte wie das Early Customer Programm getätigt.

Dr. Jörg Siebenmorgen
Es gab auch Skepsis, ob der Komplexität des Systems, ob der vielen neuen Technologien, die da eingebaut werden, ob es überhaupt funktionieren kann, diese Bildgebung in dieser Qualität umzusetzen. Das konnten wir über die Kleinserie auflösen. Im Nachhinein betrachtet, war es der richtige Weg.

Ralf Wolleschensky
Am Ende waren enorme Investitionen nötig, um eine solche Plattform serienreif zu machen. Das musste wohlüberlegt und mit entsprechender Resonanz vom Markt untersetzt sein.

Wie groß war dieses Team am Anfang? Wie hat sich das aus der Keimzelle entwickelt?

Dr. Thomas Kalkbrenner
Die Keimzelle war wirklich klein. Zur Zeit der Kleinserie hatte das Kernteam so etwa fünfzehn Leute. Irgendwann muss natürlich die Fertigungslinie etabliert werden, KollegInnen von angrenzenden Gewerken wie z. B. Einkauf, Vertrieb und Service kommen dazu, Applikationsspezialisten, Marketing usw.

Die Fertigung geht in dezidierten Arbeitsschritten vonstatten, gehören dazu besondere Qualitäten der Mitarbeiter?

Dr. Thomas Kalkbrenner
Es braucht sehr viel Erfahrung mit der Justage von Optiken. Auch da war die Kleinserie sehr hilfreich. Die ersten Prototypen haben wir noch selbst justiert, die Kleinserie dann aber gemeinsam zwischen Entwicklung und Produktion gebaut und so den Fertigungsprozess etabliert.

Ralf Wolleschensky
Eines der Elemente, in dem sehr viel Know-how drinsteckt, ist das Objektiv. Und das wird am Ende von Feinmechanikern aufgebaut und justiert. Da werden auch Prüfmittel verwendet, die nicht frei erhältlich sind, sondern die hier im Konzern geschaffen wurden und die auch nur ZEISS hat. Das Produkt braucht am Ende also Spezialisten in den einzelnen Fachgebieten.

Gibt es Wettbewerber?

Dr. Thomas Kalkbrenner
Es gibt Wettbewerber, die im Prinzip die Lightsheet-Mikroskopie auch mit der subzellulären Auflösung anbieten. Die Einschränkung liegt aber immer in der Probenpräparation in Standard-Probengefäßen und damit in der breiten Verwendbarkeit – die ist nur bei unserem System gegeben. Es gibt dann noch weitere Eigenschaften, wo unser System besser ist, wie z. B. die Größe der abbildbaren Bereiche, Automatisierung, einfache Bedienbarkeit, zusätzliche nicht-fluoreszente Kontrastverfahren usw.
Zusammengefasst kann man ganz klar sagen, dass es kein weiteres System mit all den beschriebenen Eigenschaften auf dem Markt gibt.
Dafür gibt es mehrere Hürden. Das eine ist der Patentschutz, zum anderen hängt unsere Lösung sehr eng mit den Fertigungstechnologien für die Herstellung der optischen Elemente, die diese Art der Bildgebung ermöglichen, zusammen. Und die, gepaart mit der Mikroskopie, gibt es nur in der Zeiss Gruppe.

Was kostet ein solches Gerät eigentlich? Und wo sehen Sie das Marktpotenzial?

Ralf Wolleschensky
Die Geräte kosten ähnlich viel wie ein gut ausgestattetes Einfamilienhaus. Derzeit ist das adressierte Marktsegment noch stark die Grundlagenforschung an Universitäten und Forschungsinstituten. Das Schöne ist aber das Potential dahinter. Es gibt erste Vertriebsprojekte mit Firmen aus der Wirkstoffforschung. Der Forschungsmarkt ist schon sehr gut, aber sobald wir über High Content Screening reden, ist das ein ganz anderer Markt und da wollen wir hin.
Hier geht es. auch um die sogenannten „Omics-Technologien“, Screens von Proteinlandkarten oder von Transkripten in Zellen. Solche Transkript-Verteilungen werden beispielsweise in der personalisierten Medizin analysiert. Dafür braucht es diese Screens. Man nimmt von einem Patienten verschiedene Zellen, verteilt sie auf Töpfchen in einer Multiwell-Platte, probiert verschiedene Wirkstoffe aus und entscheidet dann, welcher am besten wirkt. Und das sind Anwendungen, die am Ende nur mit unserem Gerät wirklich möglich sind, weil nur das die dafür notwendige Probenschonung mitbringt.

Dr. Thomas Kalkbrenner
Was das Potential angeht, sind wir außerdem dabei, unser System mit der Einzelmolekül-basierten Superauflösungsmikroskopie, die 2014 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, zu kombinieren. Dabei geht es nicht nur um das Auflösen von Strukturen, sondern um das Verfolgen und die Interaktion einzelner Moleküle. Und eigentlich passt diese Art der Superauflösungsmikroskopie perfekt zu unserem Lattice Lightsheet.
Damit löst man ein ganz großes Problem der Superauflösungsmikroskopie, die heutzutage durch dasselbe Objektiv beleuchtet und detektiert. Das führt dazu, dass diese speziell zu präparierenden Fluoreszenzmoleküle, die für dieses Superauflösungsverfahren gebraucht werden, ober- und unterhalb der Bildebene, wo man sie betrachtet, auch schon „verbraucht“ werden und so für die 3-D-Bildgebung nicht mehr zur Verfügung stehen. Und das Problem ist mit einem Schlag gelöst, denn bei der Lattice Lightsheet-Mikroskopie leuchten wir nur in die eine Ebene, die wir betrachten. Das passt perfekt zusammen. Wir haben schon einige Spezialsysteme verkauft, die genau das ermöglichen.

Welchen direkten Nutzen hat das, was Sie entwickelt haben, für die Allgemeinheit?

Dr. Thomas Kalkbrenner
Infektionskrankheiten sind ein wichtiges Thema. Wenn man hier neue Erkenntnisse gewinnen will, muss das am lebenden System untersucht werden. Als Beispiel nehme ich jetzt mal nicht COVID, obwohl auch Kooperationspartner bereits daran forschen. Aber eine Gruppe erforscht mit unserem System zum Beispiel den Malaria-Parasiten. Laut WHO gab es im Jahr 2020 weltweit schätzungsweise 241 Millionen Malariafälle und 627000 Malariatote. Etwa drei viertel von ihnen sind Kinder unter fünf Jahren – das ist ein nicht gelöstes Problem. Die Forschungsgruppe dort hat mit unserem System nicht nur den Prozess des Eindringens dieses nur 1µm großen Parasiten in eine lebende Blutzelle aufgenommen. Sie haben auch erstmals verschiedene Stadien dieses superkomplexen Parasitenkreislaufs live und in 3-D untersucht und dabei feststellen können, dass durch das Ausschalten bestimmter Proteine der Übergang von einem ins nächste Stadium nicht stattfindet. Dort könnten dann Wirkstoffe ansetzen. Und auch da steht ganz klar die Aussage der Forscher: Das war vorher nicht möglich! Seit das publiziert wurde, steht dort das Telefon nicht mehr still, viele Forscher kommen mit neuen Ideen für dieses alte Problem, weil plötzlich eine Tür aufgegangen ist mit neuen Möglichkeiten.

Jetzt wollen wir noch etwas über Sie persönlich erfahren – das Team besteht aus drei Physikern. Was hat Sie eigentlich bewogen, Physik zu studieren? Würden Sie es wieder tun? Und ist es eine Empfehlung für einen jungen Menschen heute?

Dr. Thomas Kalkbrenner
Ich würde tatsächlich dieses Studium wieder auswählen, rückblickend auf jeden Fall. Damals im Studium war das nicht immer so, für mich hat das bei der Diplomarbeit mit dem konkreten Arbeiten an experimentellen Systemen im Labor angefangen, Spaß zu machen. Wenn jemand Interesse in diese Richtung hat, würde ich es vor allem deshalb empfehlen, weil es einen sehr breiten Hintergrund liefert, ein sehr breites Spektrum an Fähigkeiten und man muss sich nicht so früh festlegen, was man dann damit macht. Auch bei mir war lange die Frage, in welche Richtung will ich denn eigentlich? So habe ich auch öfters das Gebiet gewechselt, von der Quantenoptik über Rastersondenmikroskopie zur Biophysik. Und abgesehen davon, dass das alles interessant ist, hilft es mir auch für meine Tätigkeit hier – denn Innovation findet eher zwischen als innerhalb von Fachgebieten statt.

Dr. Jörg Siebenmorgen
Ich war immer schon Physik-interessiert, schon in der Schulzeit und habe mich dann entschlossen, Physik zu studieren. Die ersten Semester, als die eher langweilige Physik wie Mechanik Inhalt war, habe ich durchaus gezweifelt, ob das das Richtige ist. Interessant wurde es, als wir endlich die Freiheit hatten, zu wählen, wie man seine Schwerpunkte setzen wollte. Da hat es dann angefangen, Klick zu machen. Optik hat mich eigentlich im Grundstudium überhaupt nicht interessiert. Dann habe ich Laserphysik bei einem sehr guten Professor erlebt und meine Diplomarbeit bei ihm gemacht. Das hat mich wirklich fasziniert. Während der Diplomarbeit habe ich viel über Optik und Laser gelernt, was mich schließlich dazu gebracht hat, in diesem Bereich bleiben zu wollen. Letztendlich habe ich mich bei ZEISS beworben: quasi direkt vom Studium über die Doktorarbeit zum Lattice Lightsheet.

Ralf Wolleschensky
Physik war schon in der Schulzeit interessant. Was mich immer wieder fasziniert hat, ist, Dinge wirklich zu verstehen, wie sie funktionieren, wie man damit interagieren und was man an neuen technischen Lösungen oder Ideen generieren kann. Und da gehört ja auch ein Stück weit das Basteln dazu, eine Sache, die ich als Hobby sehr gern mache. Was mir nicht so gut im Studium gefallen hat, war die theoretische Physik, aber experimentelle Physik, die hat mir sehr viel Spaß gemacht.
Ich kann mich der Aussage von Thomas Kalkbrenner nur anschließen: Die Physik ist sehr breit aufgestellt. Man kann aus meiner Sicht sehr verschiedene Wege im beruflichen Umfeld einschlagen. Ich glaube, dass Optik in Zukunft eine sehr große Rolle spielt, gerade im Umfeld der Diagnostik, auch in der Verbindung jetzt mit den Lebenswissenschaften. Und es gibt sehr einfache Beispiele wie Smartwatches, da ist viel Optik drin, mit Algorithmik verknüpft und auch hier gibt es viel Potential. Das ist auch das, was mich antreibt, solche neuen Dinge mitgestalten zu können.

Sie drei haben eine lange berufliche Vita bei ZEISS. Was bindet Sie hier? ZEISS ist ein Traditionsunternehmen, das immer wieder durch Innovationen heraussticht. Woraus kommt diese innovatorische Kraft des Hauses?

Dr. Thomas Kalkbrenner
Was mich hier bindet, sind die spannenden Aufgaben. Ich habe den größten Teil meines ZEISS-Daseins im Advanced Development, also in der Vorlaufentwicklung, verbracht und das ist sehr spannend. Es macht mir Spaß, Probleme mit Ziel auf eine Anwendung zu lösen. Das ist genau das, was wir hier tun. Und das Tolle ist, dass dabei der Kontakt zur wissenschaftlichen Welt nicht verlorengegangen ist, weil unsere Endkunden dort zu finden sind. Und da schließt sich der zweite Teil der Frage an, nämlich der Spagat zwischen Traditionsunternehmen und Innovation. Das kann vielleicht auch manchmal ein Widerspruch sein, aber eigentlich ist die Tradition die Basis und das starke Fundament für Innovation: Es gibt hier im Haus über Jahrzehnte gewachsene Technologien und Know-how, das seinesgleichen sucht. Das als Basis für Innovation und neue Ideen nutzen zu können, ist eine besondere Möglichkeit. Es gibt, glaube ich, nicht viele Orte auf der Welt, wo das so möglich ist.

Ralf Wolleschensky
Die Vernetzung mit den Endanwendern auf der einen Seite und andererseits mit den Universitäten und Instituten zusammenzuarbeiten, um neue Ideen zu generieren und diese gemeinsam zu formen, so dass ein spannendes Produkt für den Endanwender rauskommt, das ist das, was es aus meiner Perspektive sehr, sehr spannend macht.
Das ist, was wir im Advanced Development auch vorrangig betreiben, von der Idee über das Formen der Idee bis zum Funktionsnachweis.
Zusätzlich ist es für mich persönlich spannend, dass sich der Bereich so extrem schnell entwickelt. In der Mikroskopie, das ist das Geschäft, womit Carl Zeiss vor 175 Jahren gestartet ist, hat sich in den ersten 100 Jahren nicht so richtig viel getan. In den 20 oder 25 Jahren, die ich hier im Unternehmen bin, war das, was die Entwicklung getrieben hat, die Bildverarbeitung, die 3-D-Bildgebung, am Ende die Generierung nicht nur von 3-D-, sondern auch 4-D-, 5-D-Daten, womit man Filme generiert und den biologischen Präparaten beim Leben zuschauen kann. Das ist das, was das Arbeitsgebiet aus meiner Sicht so interessant macht, und es haben sich nicht nur eine Methode, sondern in den letzten Jahren die verschiedenen Hochauflösungsmethoden ausgebildet. Diese Vielfalt auf der einen Seite, Anwendungen auf der anderen Seite an technischen Lösungen, wo wir dann entscheiden müssen: Was ist das beste Match? Und wie formt man am Ende die Produkte? Das ist das, was es für mich spannend macht und warum ich hier die Arbeit so mag.

Wie war das bei Ihnen? Sie sind direkt nach Studium und Promotion in dieses spannende Projekt eingestiegen?

Dr. Jörg Siebenmorgen
Ja, ich habe ganz am Anfang, als es noch keine Ideen für das Lattice Lighsheet gab, damit angefangen und es hat sich über die Jahre weiterentwickelt, ist immer konkreter, immer besser geworden. Als wir mit Eric Betzig in Kontakt traten und gesehen haben, dass wir auf dem richtigen Weg sind und mit der Grundlagenforschung an den Unis mithalten, hat das sehr motiviert. Man hat gesehen, wie das Projekt einfach immer reifer wurde. Und wenn am Ende dann ein so fantastisches Gerät rauskommt, ist es einfach stark! Und das andere ist die Art und Weise, wie wir bei Advanced Development im Team arbeiten, welche Freiheiten wir haben, dass wir Schwerpunkte aussuchen, Ideen einbringen können. Die Freiheiten, die wir haben, dass nichts starr vorgegeben ist, sondern: Ja, probiere mal, mal schauen, was passiert. Und das ist gut.

Letzte Frage
Was sind Ihre persönlichen Auszeiten oder Motivationen, wenn es nicht um Mikroskope geht? Was gibt es denn sonst noch in Ihrem Leben?

Ralf Wolleschensky
Was ich gerne mache, um den Kopf frei zu kriegen, ist, in den Bergen unterwegs sein entweder zu Fuß oder mit dem Mountainbike, das auch in der Gruppe.

In der Gruppe basteln Sie an dem Mikroskop-Thema dann weiter?

Ralf Wolleschensky
Basteln ja, aber an Modellflugzeugen und solchen Dingen.

Dr. Thomas Kalkbrenner
Das ist bei mir im zweiten Teil ähnlich, ich entdecke alte Hobbys wieder, auch wenn nicht so viel Zeit neben Familie und Beruf bleibt. Ich habe in meiner Jugend schon viel Modellbau betrieben und dieses Getüftel, glaube ich, hat mir auch geholfen einen langen Atem und eine hohe Frustrationsschwelle zu entwickeln, wenn mal etwas schiefgeht oder nicht funktioniert. Ich habe aber früher auch viel Musik gemacht und vor zwei Jahren wieder angefangen Oboe zu spielen.

Dr. Jörg Siebenmorgen
Bei mir sind es, ich würde sagen, zwei Dinge: Ich koche sehr gerne und dann bin ich offen für verschiedenste Gerichte aus der ganzen Welt. Das verknüpfe ich dann auch gerne mit Reisen: Wo war ich noch nicht? Wo gibt es leckeres Essen? Und mit jedem Sightseeing kann man auch neue Eindrücke gewinnen, was man noch kochen kann. Das andere ist wie bei den Kollegen das Basteln. Es ist dann einfach das Nerdige des Physikers.

Vielen Dank für das Gespräch!