Ein Zebrafisch-Embryo als Ganzes, bestehend aus mehr als 26.000 detaillierten Bildern. Foto über das Journal of Cell Biology
Als Google Earth 2005 herauskam, hatten viele von uns eine ähnliche Erfahrung. Mit großen Augen starrten wir auf unseren Computerbildschirm und zoomten von einem Bild der Erde im Weltraum zu einer Ansicht von Nordamerika, dann von den Vereinigten Staaten, dann von unserem Heimatstaat, dann von der Stadt, dann von der Nachbarschaft eigenes Haus oder Wohnhaus.
Nachfolgender Zoom auf das kombinierte Zebrafisch-Embryo-Bild. Foto über das Journal of Cell Biology
Jetzt hat ein Forschungsteam des Universitätsklinikums Leiden in den Niederlanden die gleiche Erfahrung für ein Stück biologisches Gewebe ermöglicht. Wie in einem gestern im Journal of Cell Biology veröffentlichten Artikel ausführlich dargelegt, haben die Forscher eine neue Technologie entwickelt, die sie "virtuelle Nanoskopie" nennen. Durch Zusammenfügen von Tausenden von Bildern aus einem Elektronenmikroskop können Betrachter aus einer Ansicht auf Gewebeebene zoomen nach unten, um einzelne Zellen im Detail zu sehen. Sie können die Technologie auf der Website des Journals mit einem Zebrafisch-Embryo-Bild als Demonstration selbst erleben.
Seit den 1950er Jahren konnten Biologen mithilfe elektronischer Mikroskope die Strukturen in Zellen mit bemerkenswerter Genauigkeit erkennen. Das Problem - insbesondere für Laien - ist, dass diese Bilder so vergrößert sind, dass es schwierig ist, genau zu sagen, was Sie sehen. Winzige Teile einer Zelle sind in jedem Bild festgehalten, aber isoliert betrachtet sind sie nur schwer vorstellbar in Bezug auf die gesamte Zelle, geschweige denn auf ein Stück Gewebe oder einen gesamten Organismus.
Darüber hinaus leidet der Forschungsprozess selbst unter den Einschränkungen dieses Ansatzes. Mikroskopiker scannen normalerweise die Probe, um eine Übersicht mit niedrigerer Auflösung zu erhalten, und zoomen dann hinein, um detaillierte Bilder nur in den Bereichen zu erhalten, die von Interesse zu sein scheinen. Ein späteres Zurückgehen, um Nahaufnahmen anderer Gebiete zu machen, kann nach Ansicht der Forscher oft schwierig oder sogar unmöglich sein, da sich bestimmte Arten von konservierten Exemplaren im Laufe der Zeit verschlechtern können.
Als Reaktion darauf entwickelte das Forscherteam eine neue Methode, um Tausende verschiedener Elektronenmikroskopbilder zu einem kohärenten und interaktiven Ganzen zu kombinieren. Dabei werden Tausende von sich leicht überlappenden Bildern in einer Anfangsphase gesammelt. Ein automatisiertes Softwareprogramm setzt sie dann virtuell zusammen, wobei Metadaten zur Ausrichtung der einzelnen Bilder und ein Algorithmus verwendet werden, mit dem ähnliche Funktionen in den einzelnen Bildern verglichen werden, um genau zu bestimmen, wo sie platziert werden sollen.
Der gezeigte Zebrafisch-Embryo besteht aus mehr als 26.000 Einzelbildern. Die enorme Datei wiegt insgesamt 281 Gigapixel mit 16 Millionen Pixel pro Zoll. Der gesamte Embryo ist 1, 5 mm lang und Sie können von einem vergrößerten Bild des Ganzen zu einer detaillierten Ansicht von Strukturen wie einem Kern in einer bestimmten Zelle wechseln.
Die neue Technologie wird mehr als nur Internet-Unterhaltung für wissenschaftlich Interessierte sein. Die Forscher geben an, dass ihre neue Methode anderen Wissenschaftlern dabei helfen kann, Entdeckungen zu machen, da sie Strukturen mit Funktionen auf verschiedenen Skalen besser in Beziehung setzen können. Als Beweis verwendeten sie die Technik, um den Zebrafischembryo, menschliches Hautgewebe, einen Mausembryo und Mäusenierenzellen zu analysieren.
