ZEISS Lattice Lightsheet 7 ermöglicht die schonende 3D-Abbildung lebender Zelle

Das Bundespräsidialamt gab heute im Deutschen Museum in München die Nominierungen zum Deutschen Zukunftspreis bekannt. Die ZEISS Experten Dr. Thomas Kalkbrenner, Dr. Jörg Siebenmorgen und Ralf Wolleschensky sind für den Deutschen Zukunftspreis 2022 nominiert. Ihr Projekt: das neuartige Mikroskop ZEISS Lattice Lightsheet 7 für die schonende 3D-Abbildung lebender Zellen. Durch die Kombination aus probenschonender Bildgebung und hoher Auflösung können Forscher*innen mit dem System subzelluläre Dynamiken in 3D über Stunden und Tage beobachten, was andere Mikroskopie-Techniken bisher nicht zuließen. Das eröffnet neue Möglichkeiten beispielsweise für die Krebsforschung oder das Verständnis früher Entwicklungsstadien des Lebens. Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier ehrt mit dem Preis Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und ihre Innovationen, die wirtschaftliches Potenzial entfalten und Arbeitsplätze schaffen.

Der lebenden Zelle auf der Spur

ZEISS Lattice Lightsheet 7 ermöglicht biomedizinischen Forscher*innen erstmals, lebende Zellen über Stunden oder Tage hinweg in live und 3D zu beobachten. Sie untersuchen damit beispielsweise, wie die Zellen auf bestimmte Wirkstoffe reagieren oder was geschieht, wenn Viren oder Bakterien in Zellen eindringen.

„Besonders bei Infektionskrankheiten muss am lebenden System untersucht werden, wenn man hier neue Erkenntnisse gewinnen will“, so Teamsprecher Kalkbrenner. Das Team hatte frühzeitig in der Entwicklung potenzielle Anwender eingebunden, die das System getestet und wertvollen Input gegeben haben. Eine Gruppe erforscht beispielsweise mit dem System den Malaria-Parasiten, der laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) weltweit jährlich knapp eine halbe Million Todesopfer fordert. Die Forschergruppe aus Melbourne in Australien, die das System mit als eine der ersten eingesetzt haben, konnte mit dem ZEISS Lattice Lightsheet 7 den Prozess des Eindringens dieses nur ein µm großen Parasiten in eine lebende Blutzelle aufnehmen und erstmals verschiedene Stadien dieses superkomplexen Parasitenkreislaufs live und in 3D untersuchen.

Auch in der Krebsforschung haben Wissenschaftler*innen mit ZEISS Lattice Lightsheet 7 bereits neue Erkenntnisse gewinnen können. Prof. Dr. Markus Sauer von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg forscht zu den Immuntherapien, die als Hoffnungsträger für bessere Überlebenschancen gelten. Dabei werden Patient*innen Abwehrzellen entnommen und so verändert, dass sie die Tumorzellen besser erkennen. Diese effektiveren CAR-T-Zellen werden den Erkrankten dann mittels Infusion wieder zugeführt. „Das genaue Verständnis der Wechselwirkung zwischen diesen CAR-T-Zellen und Tumorzellen ist für die Optimierung der personalisierten Immuntherapie hinsichtlich Effektivität und minimalen Nebenwirkungen von entscheidender Bedeutung“, so Sauer. „Hierbei kann insbesondere die einzelmolekülempfindliche Lattice-Lightsheet-Mikroskopie wichtige Beiträge leisten.“

Der gebändigte Laser

Das Problem, mit dem Wissenschaftler*innen bei der Untersuchung lebender Zellen mit Fluoreszenzmikroskopen bisher konfrontiert waren, liegt in der Beleuchtung: die Intensitäten der verwendeten Laserstrahlung sind um den Faktor 1000 und höher als die der Sonne. Diese intensive Beleuchtung kann lebende Zellen nachhaltig schädigen. Eine entscheidende Verringerung dieser Photoschädigung wird durch die sogenannte Lichtblattmikroskopie erreicht: Anders als bei allen anderen Mikroskopen wird dabei die Laserstrahlung – in Form eines Lichtblattes – nur in den Bereich eingebracht, der sich im Fokus des Objektivs befindet.

Während das für größere Organismen gut funktioniert, verhindern die Gesetze der Optik jedoch die Übertragung dieser Technologie auf die Zellbiologie. „Wir müssen den Laser auf besondere Art und Weise bändigen, damit Licht nur noch dorthin kommt, wo eine Forscherin oder ein Forscher auch hingucken will, ohne Zellen unnötig zu schädigen“, erklärt Kalkbrenner. „Dazu haben wir die Idee der Lattice Lightsheets von Nobelpreisträger Eric Betzig aufgegriffen und weiterentwickelt.“

Der schiefe Blick durchs Glas

Darüber hinaus musste das Team die Objektive völlig neu anordnen, da Zellen auf Deckgläsern in Kulturgefäßen wie Petrischalen und Multiwellplatten wachsen. Sie entwickelten eine völlig neuartige Mikroskop-Optik, mit der man schräg von unten durch die Probengefäße auf die darin befindliche Zelle schauen kann, ohne dass es zu Bildfehlern kommt. Insbesondere die für die Wirkstoffentwicklung, dem sogenannten „High Content Screening“, so wichtigen Multiwell-Plattenformate werden damit erstmals für ein Lichtblattmikroskop zugänglich. All das wurde zu einem einfach zu bedienenden, kompakten System mit hohem Automatisierungspotential entwickelt.

„Wir freuen uns sehr über die Nominierung für den Deutschen Zukunftspreis. Sie stellt einen Leistungsbeweis der hohen Innovationskraft von ZEISS dar und spiegelt den Entwicklungsgeist und Mut zu innovativem Denken wider, der sich als verbindendes Element durch die Sparten der ZEISS Gruppe zieht“, so Dr. Jochen Peter, Mitglied des Vorstands der ZEISS Gruppe, und ergänzt: „Wissenschaftliche Durchbrüche gelingen insbesondere, wenn Unternehmen und Spitzenforschung vernetzt zusammenarbeiten, bei ZEISS ist die Verbindung zwischen Wissenschaft und Wirtschaft historisch gewachsen und fest in der Unternehmensstruktur verankert.“

Eine Ehrung für innovative ingenieur- und naturwissenschaftliche Leistungen

Der Deutsche Zukunftspreis, der Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation, wird seit 1997 jährlich vergeben und gehört zu den wichtigsten Wissenschaftsauszeichnungen in Deutschland. Er ehrt herausragende technische, ingenieur- und naturwissenschaftliche sowie Software- und Algorithmen-basierte Leistungen, die zu anwendungsreifen Produkten führen. Die hochkarätige Jury des Deutschen Zukunftspreises wählt in einem mehrstufigen Prozess aus einer Vielzahl an Projekten jedes Jahr drei Forscherteams und ihre Innovation in die Endrunde des Preises, den „Kreis der Besten“. Neben der Innovationsleistung bewertet die Jury dabei auch das wirtschaftliche und gesellschaftliche Potenzial der Entwicklung. Der Preis wird vom Bundespräsidenten Frank-Walter Steinmeier am 26. Oktober 2022 in Berlin verliehen.

Weitere Informationen zu den Nominierungen und zum Deutschen Zukunftspreis finden Sie unter: www.deutscher-zukunftspreis.de

Innovation als Teil der Unternehmensidentität

Innovation hat Tradition bei ZEISS. Sie ist sozusagen in der DNA des Unternehmens verankert. Als Teil der Unternehmens-Strategie steht sie immer in einem gesamtgesellschaftlichen Kontext und ist gleichzeitig die Grundlage für weiteres Wachstum der ZEISS Gruppe. Daher investiert ZEISS elf Prozent seines Umsatzes in Forschungs- und Entwicklungsarbeit.

Optische Technologien sind essenziell für den Fortschritt in Lebenswissenschaften, Medizin, Informationstechnologie und Telekommunikation, Automotive, Consumer und vielen anderen Bereichen. Künftige Kundenbedürfnisse mit Produkten, Dienstleistungen, Lösungen und Geschäftsmodellen zu erfüllen, Mehrwert zu bieten und Nutzen zu bringen, sind die Anliegen aller ZEISS Innovationen.

ZEISS war schon mehrfach für den Deutschen Zukunftspreis nominiert, 2020 sogar mit zwei Teams. Für die Entwicklung der EUV-Lithographie wurde das Forscher-Team von ZEISS, TRUMPF und Fraunhofer mit dem Deutschen Zukunftspreis 2020 ausgezeichnet.

 

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Über ZEISS

ZEISS ist ein weltweit führendes Technologieunternehmen der optischen und optoelektronischen Industrie. In den vier Sparten Semiconductor Manufacturing Technology, Industrial Quality & Research, Medical Technology und Consumer Markets erwirtschaftete die ZEISS Gruppe zuletzt einen Jahresumsatz von 7,5 Milliarden Euro (Stand: 30.9.2021).

ZEISS entwickelt, produziert und vertreibt für seine Kunden hochinnovative Lösungen für die industrielle Messtechnik und Qualitätssicherung, Mikroskopielösungen für Lebenswissenschaften und Materialforschung sowie Medizintechniklösungen für Diagnostik und Therapie in der Augenheilkunde und der Mikrochirurgie. ZEISS steht auch für die weltweit führende Lithographieoptik, die zur Herstellung von Halbleiterbauelementen von der Chipindustrie verwendet wird. ZEISS Markenprodukte wie Brillengläser, Fotoobjektive und Ferngläser sind weltweit begehrt und Trendsetter.

Mit diesem auf Wachstumsfelder der Zukunft wie Digitalisierung, Gesundheit und Industrie 4.0 ausgerichteten Portfolio und einer starken Marke gestaltet ZEISS den technologischen Fortschritt mit und bringt mit seinen Lösungen die Welt der Optik und angrenzende Bereiche weiter voran. Grundlage für den Erfolg und den weiteren kontinuierlichen Ausbau der Technologie- und Marktführerschaft von ZEISS sind die nachhaltig hohen Aufwendungen für Forschung und Entwicklung. ZEISS investiert 13% seines Umsatzes in Forschungs- und Entwicklungsarbeit – diese hohen Aufwendungen haben bei ZEISS eine lange Tradition und sind gleichermaßen eine Investition in die Zukunft.

Mit rund 37.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern ist ZEISS in fast 50 Ländern mit rund 30 Produktionsstandorten, 60 Vertriebs- und Servicestandorten sowie 27 Forschungs- und Entwicklungsstandorten weltweit aktiv (Stand: 31.03.2022). Hauptstandort des 1846 in Jena gegründeten Unternehmens ist Oberkochen, Deutschland. Alleinige Eigentümerin der Dachgesellschaft, der Carl Zeiss AG, ist die Carl-Zeiss-Stiftung, eine der größten deutschen Stiftungen zur Förderung der Wissenschaft.

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