Feuerwerk in Zeitlupe

Die Aufnahmen des Calcium-Funken

Rasend schneller "Funkenschlag"
im Muskel; © Universitätsklinikum
Heidelberg

Durch die Kombination modernster Laser-Mikroskopie mit einer Hochgeschwindigkeitskamera haben Wissenschaftler des Instituts für Physiologie und Pathophysiologie an der Universität Heidelberg erstmals die extrem kurzlebige Calcium-Ausschüttung, einen so genannten "Calcium-Funken", in ihrem zeitlichen Verlauf und räumlicher Ausdehnung sichtbar gemacht. Dank neuer Technik konnten die Forscher die Calcium-Freisetzung aus den Zellen jetzt 60 Mal schneller vermessen als mit herkömmlichen Verfahren.

Die neuen Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung beleuchten einen elementaren Vorgang des Lebens, nämlich wie der Zeitverlauf und die räumliche Ausdehnung von Kommunikation molekularer Ebenen innerhalb der Zelle aussehen.

Calcium ist an der Regulation fast aller wichtigen Zellfunktionen maßgeblich beteiligt: Es aktiviert Muskelzellen, reguliert die Zellteilung, die Bildung und Funktion von Eiweißen. Dafür wird es innerhalb der Zelle gesondert gespeichert und kann über Kanäle sehr schnell freigesetzt werden. Anschließend transportieren Pumpen das Calcium wieder zurück in die Zellspeicher. Die stoßartige Freisetzung wurde am Heidelberger Institut für Physiologie und Pathophysiologie 2001 erstmals im Säugermuskel beschrieben. Zuvor ging man davon aus, dass es diese Ereignisse bei Säugetieren nicht gäbe.

"Die Calcium-Freisetzung aus den Zellen gleicht einem "Calcium-Funken" im Bereich von Tausendstel Millimetern und kann mittels moderner Laser-Mikroskopie sichtbar gemacht werden", erklärt Privatdozent Dr. Oliver Friedrich, Abteilung Systemphysiologie im Institut für Physiologie und Pathophysiologie der Universität Heidelberg. Für diese Form der Mikroskopie wird Zellen ein Calcium-Farbstoff zugegeben. Unter dem Mikroskop bringt ein Laserstrahl das markierte Calcium zum Leuchten - aber nur in dem winzigen Ausschnitt, den der Laserstrahl gerade abtastet.

"Die herkömmliche Konfokalmikroskopie ist einfach zu langsam für die schnellen Calcium-Funken", so Dr. Friedrich. Die beiden Heidelberger Physiologen nutzten eine neue Form der Laser-Mikroskopie in Kombination mit einer Hochgeschwindigkeitskamera: Bei dem Verfahren tastet nicht wie bisher ein einzelner Laserstrahl die Probe ab, sondern wird in 64 Unterstrahlen aufgespalten, die gleichzeitig ein größeres Areal mit hoher Geschwindigkeit ablesen können – die Multifokal-Mikroskopie.

MEDICA.de; Quelle: Universitätsklinikum Heidelberg