Donnerstag, 02.01.2020

Lehre

Biomedizinische Photonik: The Need For Speed

Schnelle Zweiphotonenmikroskopie für die biomedizinische Optik - Antrittsvorlesung von Prof. Dr. Sebastian Karpf am 21. Januar (17 Uhr c.t., Hörsaal R 60 des Instituts für Biomedizinische Optik, Geb. 81)

Mikroskopische Methoden bilden einen wichtigen Bestandteil der medizinischen Diagnostik und helfen Krankheiten zu verstehen sowie diese besser und gezielter zu behandeln. In der Zweiphotonenmikroskopie, einer speziellen Art der Fluoreszenzmikroskopie, können hochaufgelöste, dreidimensionale Aufnahmen erstellt werden und so Vorgänge im inneren von Zellen sichtbar gemacht und quantitativ vermessen werden. Vor allem die Anwendung in vivo, also am lebenden Organismus, kann mit dieser Technologie durchgeführt werden, wobei hauptsächlich der Einsatz am Tiermodell erfolgt.

Eine besondere Anwendung ist die Erforschung des Gehirns, wo mittels Zweiphotonenmikroskopie sehr erfolgreich am Tiermodell geforscht und gezielt Gehirnfunktionen lokalisiert werden können (sog. brain mapping). Weiter können Die Reizweiterleitung zwischen einzelnen Neuronen studiert werden und damit auch neue Erkenntnisse über neurodegenerative Krankheiten gewonnen werden. Die Aktionspotentiale treten hier im Millisekunden-Zeitbereich auf, deshalb bedarf es Mikroskopen, die mehr als 1000 Bilder pro Sekunde aufnehmen können.

Sebastian Karpf hat hier eine neue Technologie entwickelt, die solch schnelle Bildaufnahmegeschwindigkeiten erreicht. Die sog. SLIDE-Technologie beinhaltet einen neuen Laser, ein neues, trägheitsfreies Scansystem und eine sehr schnellen Messdetektion, die es ebenfalls ermöglicht, auch Fluoreszenzlebenszeit-Mikroskopieaufnahmen (FLIM) gleichzeitig aufzunehmen. Es werden also Bildwiederholraten von >1000 Hz für Zweiphotonenmikroskopie und Zweiphotonen-FLIM mit diesem SLIDE-System erreicht. Der Laser und das neue spektrale Scansystem konnten kürzlich auch für ein neues LIDAR System erfolgreich eingesetzt werden, so dass auch sehr schnelle Aufnahmegeschwindigkeiten für die Robotik oder die Messtechnik zur Verfügung stehen (Pressemitteilung).

In seiner Antrittsvorlesung stellt  Sebastian Karpf diese neuen Technologien vor und diskutiert zukünftige Anwendungen in der biomedizinischen Optik. Eine zukunftsweisende Anwendung der schnellen Messtechnik SLIDE wird die bildgebende Durchflusszytometrie werden, wobei beispielsweise seltene Zellen in der Flüssigbiopsie (liquid biopsy) diagnostiziert werden können oder zirkulierende Tumorzellen gegenüber einer Fülle anderer, harmloser Zellen detektiert werden. Weiter sollen Anwendungen in der Zellsortierung erforscht werden, Zelldiagnostik für die Immunforschung und schnelle dreidimensionale konfokale Zweiphotonenmikroskopie in Echtzeit entwickelt werden.

Prof. Dr. rer. nat. Sebastian Karpf konnte im April 2018 von der University of California, Los Angeles (UCLA), auf eine Juniorprofessur für Translationale Biomedizinische Photonik an die Universität zu Lübeck berufen werden. Die Professur entstand im Rahmen des Schleswig-Holstein Excellence Chair Programms in Zusammenhang mit dem Exzellenzcluster Precision Medicine in Chronic Inflammation (PMI – EXC2167). Sie ist thematisch dem SH-Chair Robert Huber am Institut für Biomedizinische Optik zugeordnet.

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