Mit dem Image of the Year (IOTY) Global Life Science Light Microscopy Award zeichnen wir jedes Jahr die besten Bilder aus dem Bereich Life Sciences aus. Die prämierten Bilder werden von einer internationalen Jury von Experten aus Wissenschaft und Kunst sorgfältig ausgewählt.

In den letzten Monaten haben wir die Gewinnerbilder unseres IOTY 2020 Wettbewerbs gefeiert und die Geschichten ihrer Entstehung erzählt. Bisher haben wir die Geschichten der drei Gewinner der Regionen Americas, Asia Pacific und EMEA vorgestellt. Heute folgt die letzte Geschichte – die des globalen Gewinners.

Unsere Jury wählte Werner Zuschratter aus Deutschland für sein konfokales Bild eines kompletten Rattenembryos zum globalen Gewinner. In diesem bunten und eindrucksvollen Bild zeigen zwei Kanäle verschiedene Autofluoreszenzfarben des Gewebes, während der dritte Kanal das mit Alizarinrot gefärbte Skelett zeigt. Wir unterhielten uns mit Werner Zuschratter , um mehr über das Gewinnerbild zu erfahren und seinen Blick auf die Kunst der Wissenschaft kennenzulernen.

F: Können Sie uns etwas über Ihren wissenschaftlichen Hintergrund erzählen?

A: Ich habe an der TU Darmstadt Biologie mit Schwerpunkt Neurobiologie studiert. 1992 wechselte ich nach Magdeburg an das heutige Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) und übernahm die Leitung eines Speziallabors für Elektronenmikroskopie und Laserscanning-Mikroskopie. Das LIN ist ein Forschungsinstitut, das sich mit Lern- und Gedächtnisprozessen befasst und an dem viele bildgebenden Verfahren zur Erforschung struktureller und funktioneller Zusammenhänge der Plastizität auf allen Ebenen durchgeführt werden (d. h. von der molekularen und zellulären Ebene bis hin zur Bildgebung bei Kleintieren und beim Menschen mit MRT).

Um eine Brücke zwischen den verschiedenen Modalitäten zu schlagen, haben wir vor ein paar Jahren das übergreifende Combinatorial NeuroImaging (CNI) Gerätezentrum eingerichtet. Ich koordiniere dieses Zentrum mit einem Kollegen aus dem Bereich der humanmedizinischen Bildgebung. Das CNI bietet Infrastrukturen und Schulungen für etwa 150 Nutzer pro Jahr. Die Wissenschaftler des CNI führen auch ihre eigenen Forschungsprojekte durch.

Neben der hochauflösenden Bildgebung und der Untersuchung dynamischer Prozesse konzentriert sich mein Forschungsinteresse auf die funktionelle Analyse von Stoffwechselprozessen mit Hilfe der zeitaufgelösten Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy, FLIM) für das Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NADH)- und das Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD)-Imaging. Zu diesem Zweck haben wir einen hochempfindlichen Quantendetektor namens LINCam entwickelt.

F: Was ist auf Ihrem Gewinnerbild zu sehen?

A: Das Bild zeigt einen Rattenfötus, der mit einem konfokalen Mikroskop als einzelne Bildstapel (7 × 13 Stapel mit je 168 Fokusebenen) aufgenommen und dann zu einem Gesamtbild zusammengesetzt wurde. Der Gesamtspeicherbedarf des ursprünglichen Datensatzes beträgt 22,9 GB.

Die einzelnen Bilder wurden nacheinander in verschiedenen Spektralbereichen (blau, grün und rot) aufgenommen, wobei zwei der drei Kanäle die Autofluoreszenz des Gewebes und der dritte Kanal die Färbung des Skeletts mit Alizarinrot zeigten. Die Probe wurde ursprünglich im Rahmen eines früheren Forschungsprojekts zur Erforschung der Auswirkungen von Pharmazeutika auf die Embryonalentwicklung hergestellt.

Ich habe die Probe wiederverwendet, um die Qualität von Clearing-Methoden für die Ganzkörperbildgebung (mit konfokalen oder Lichtscheibenmikroskopen) zu testen, um Informationen aus der Autofluoreszenz in markerfreien Bildgebungsexperimenten in Kombination mit histochemischen Färbungen zu extrahieren und um verschiedene autofluoreszierende Spezies mit fortgeschrittenen spektralen und zeitaufgelösten Mikroskopietechniken (z. B. FLIM) zu unterscheiden.

Werner Zuschratter, globaler Gewinner des IOTY 2020, hat ein konfokales 3-Kanal-Großbild eines fixierten und geklärten kompletten Rattenembryos aufgenommen.

Im Folgenden finden Sie die technischen Details zu dem Bild:

Bildgebendes Verfahren:

• Kachelscan von 7 × 13 Stapeln mit je 168 Fokusebenen bei 20 µm Schrittweite
• Vergrößerung: 5 × 0,15 NA Objektiv
• Grauwerte: 12 Bit
• Bildgröße: 2329 × 2329 × 3360 µm pro Stapel
• Pixelauflösung: 512 × 512 pro Kachel mit Zeilendurchschnitt: 3
• Speicherbedarf: 252 MB pro Stapel; 22,9 GB für alle Stapel
• Anregung: Kanal 1: 405 nm; Kanal 2: 483 nm; Kanal 3: 568 nm
• Detektion: Kanal 1: 430–470 nm; Kanal 2: 496–541 nm; Kanal 3: 641–690 nm

Nachbearbeitung:

Für die Nachbearbeitung (z. B. Z-Projektionen, Zusammenführen der Stapel und Anpassung von Farbe/Kontrast) habe ich ImageJ/Fiji und Adobe Photoshop verwendet.

F: Warum haben Sie gerade dieses Bild eingereicht?

A: Es ist eine Herausforderung, eine weitgehend transparente Probe dieser Größe komplett in 3D mit einem Mikroskop zu erfassen und die Gewebe anhand ihrer spezifischen Autofluoreszenz (entweder durch spektrale Trennung oder aufgrund ihrer Lebensdauer) zu unterscheiden.

Aus diesem Grund haben wir alte Proben, die ursprünglich für Entwicklungsstudien präpariert wurden, wiederverwendet und mit konfokaler und zeitaufgelöster Lichtscheibenmikroskopie abgebildet. Das Ergebnis der Scans sind beeindruckende Bilder, die etwas außergewöhnlich Ästhetisches ausstrahlen, aber auch zum Nachdenken anregen. Daher kam ich zu dem Schluss, dass eines der Bilder für den Wettbewerb in Frage kommen könnte.

F: Warum bedeutet Wissenschaft für Sie auch Kunst?

A: Es ist eine Herausforderung, eine weitgehend transparente Probe dieser Größe komplett in 3D mit einem Mikroskop zu erfassen und die Gewebe anhand ihrer spezifischen Autofluoreszenz (entweder durch spektrale Trennung oder aufgrund ihrer Lebensdauer) zu unterscheiden.

In dieser Hinsicht bietet die Mikroskopie eine Fülle von Möglichkeiten, um Kreativität und Inspiration zu fördern und den Blick für Neues zu schärfen. Vor drei Jahren haben wir zum Beispiel eine Kunstausstellung mit Bildern unserer Nutzer in einer Galerie veranstaltet, um einen Dialog mit der Öffentlichkeit über Wissenschaft und Kunst anzustoßen. Wir unterhalten auch eine ständige Ausstellung für Besucher in unserem Institut.

F: Wo und wann haben Sie zum ersten Mal mit einem Mikroskop gearbeitet?

A: Mein Interesse an der mikroskopischen Fotografie wurde während meines Studiums an der TU Darmstadt geweckt. Damals war es in Praktika üblich, tagelang am Mikroskop zu sitzen und zu zeichnen, was man durch das Okular sah – eine Methode, die ich für die Datenerfassung nicht mehr für geeignet halte. Glücklicherweise erlaubte mir mein zukünftiger Chef, ein Forschungsmikroskop zu benutzen, das mit einer Analogkamera und automatischer Belichtungsmessung ausgestattet war.

Während meiner Diplom- und Doktorarbeit wurde ich in die Welt der Elektronenmikroskopie eingeführt. Mit dem Aufkommen der konfokalen Mikroskope in den 1990er Jahren, der Verbesserung der Fluoreszenzfarbstoffe und der Einführung molekularbiologischer Markierungstechniken wandte ich mich wieder der Lichtmikroskopie zu, wobei mein Schwerpunkt auf dynamischen Prozessen unter Verwendung der Lebendzellbildgebung lag.

Da die funktionelle Bildgebung von lebenden Zellen niedrige Lichtdosen erfordert, um die Phototoxizität zu minimieren, hat sich unsere Einrichtung auf die Erforschung ultrasensibler Bildgebungsverfahren konzentriert, die auf dem Prinzip der Einzelphotonenzählung basieren. Diese Bemühungen haben schließlich zur Entwicklung einer neuen Kamera für FLIM, der LINCam, geführt.

F: Welche Mikroskope verwenden Sie bei Ihrer Arbeit, und was gefällt Ihnen an Olympus-Mikroskopen?

A: Neben einem Elektronenmikroskop verfügt unsere Abteilung auch über zahlreiche Fluoreszenzmikroskope. Dazu gehören verschiedene konfokale Mikroskope, Lichtscheibenmikroskope, STED- und FLIM-Mikroskope von einer Vielzahl von Herstellern.

An Olympus-Mikroskopen schätze ich den modularen Aufbau, die hohe Transparenz und die hervorragende Qualität der Optik. Aus diesen Gründen verwenden wir ein inverses Olympus IX81 Mikroskop mit TIRF in einem unserer FLIM-Aufbauten. Außerdem basiert eines unserer Lichtscheibenmikroskope auf einem Olympus MVX10 Zoom-Mikroskop. Während eines kürzlichen Besuchs in der Europazentrale von Olympus in Hamburg testeten wir unsere LINCam an einem konfokalen SpinSR10 Spinning-Disk-Mikroskop und überzeugten uns von der hervorragenden Leistung und den Möglichkeiten, die diese Kombination für 3D-FLIM-Anwendungen bietet.

F: Möchten Sie jemandem für gewährte Unterstützung danken?

A: Zunächst möchte ich mich bei den Juroren für die hohe Auszeichnung bedanken, die der globale IOTY Award bedeutet. Ich möchte auch meinem Team vom CNI Gerätezentrum für die hervorragende Zusammenarbeit danken.

Die Suche nach den besten lichtmikroskopischen Bildern geht weiter

Die Geschichten hinter den mit dem IOTY Award ausgezeichneten Bildern inspirieren uns immer wieder, die Schönheit unter dem Mikroskop zu entdecken. Wenn Sie eigene Mikroskopbilder haben, die Sie mit anderen teilen möchten, sollten Sie Ihre besten Arbeiten (bis zu 3 Bilder) unbedingt für unseren IOTY 2021 Wettbewerb einreichen!

Und wenn Sie schon einmal da sind, vergessen Sie nicht, unsere IOTY-Bildersammlung herunterzuladen, die Sie bei Ihrer Arbeit mit dem Mikroskop inspirieren kann. Hier finden Sie virtuelle Hintergründe, die Ihren Online-Meetings einen eindrucksvollen Rahmen verleihen, sowie Bildschirmhintergründe, die Ihren mobilen und Ihren Desktop-Bildschirm verschönern.

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