Fachgruppe Zellfunktionale Bildanalyse erfolgreich evaluiert

Pressemitteilung / 30.8.2017

Am 12. August 2014 initiierten das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie und die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) die Gründung einer gemeinsamen Fachgruppe für die »Zell-funktionale Bildanalyse«. Nach dreijähriger Aufbauphase wurde die Gruppe am 4. August 2017 evaluiert und ihre Zukunftsfähigkeit bewertet. Die Evaluations-Kommission, bestehend aus Vertretern aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik, bescheinigte dem Team unter der Leitung von Prof. Dr. Ulf-Dietrich Braumann eine hervorragende Aufbauarbeit und empfahl einstimmig die Weiterführung der Fachgruppe. Besondere Würdigung fand das hohe Engagement in Lehre und Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses.

Die Teilnehmer der Evaluation am 4. August 2017 im Fraunhofer IZI
© Foto Fraunhofer IZI

Die Teilnehmer der Evaluation am 4. August 2017 im Fraunhofer IZI

Detailaufnahme: Probenkammer des Lichtblattmikroskops
© Foto Fraunhofer IZI

Detailaufnahme: Probenkammer des Lichtblattmikroskops

Der Aufbau der Gruppe erfolgte im Rahmen des »Kooperationsprogramms Fachhochschulen«. Ziel des Programms an den Fachhochschulen ist es, deren Profilbildung zu unterstützen, Ausbildungsangebote zu erweitern, den Studierenden Zugang zu hochwertiger Forschungsinfrastruktur zu ermöglichen und sie praxisnah an anwendungsorientierte Forschung heranzuführen. Für die kooperierenden Fraunhofer-Einrichtungen steht der Ausbau von Forschungsschwerpunkten, die Erweiterung der Angebote für die Wirtschaft und die Gewinnung von Nachwuchskräften im Mittelpunkt des Engagements. Für die Etablierung der Leipziger Fachgruppe stellte die Fraunhofer-Gesellschaft finanzielle Mittel in Höhe von 1,5 Millionen Euro für einen Zeitraum von fünf Jahren bereit. Die HTWK Leipzig brachte für die Laufzeit des Projekts und mit Unterstützung durch das Sächsische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst die Professur »Biotronische Systeme« ein.

Prof. Dr. Ulf-Dietrich Braumann erfüllte sowohl die Professur als auch das Konzept der gemeinsamen Fachgruppe mit Leben. Von Anbeginn der Kooperation wurden dazu Studierende der HTWK Leipzig in die am Fraunhofer IZI lokalisierte Fachgruppe einbezogen und an international kompetitive Forschung herangeführt. Zudem wurden sechs wissenschaftliche Mitarbeitende des Fraunhofer IZI in die Lehrtätigkeiten zu den Schwerpunkten Bioreaktoren und Mikroskopische Bildgebung an der HTWK Leipzig eingebunden. Dadurch gelang es, mehr und mehr Studierende der Elektrotechnik und Informationstechnik für lebenswissenschaftliche Fragestellungen zu interessieren und gleichzeitig ingenieurstechnische Kompetenzen am Fraunhofer IZI zu implementieren. Bereits während der Aufbauphase konnten dadurch vier Praxisforschungsprojekte und fünf Masterarbeiten in der Gruppe abgeschlossen werden. Fünf weitere Masterarbeiten sowie ein Promotionsvorhaben sind aktuell in Bearbeitung.

Der wissenschaftliche Schwerpunkt der Fachgruppe liegt dabei auf der Etablierung und Weiterentwicklung einer zerstörungsfreien Bildgebungstechnologie für die biomedizinische Forschung. Für die Erstellung neuer Therapieansätze bedarf es der Validierung neuer Medikamente und deren Auswirkung auf lebendes bzw. geschädigtes Gewebe, um Heilungs- und Protektionseffekte aufzeigen zu können. Diese Effekte sind über Zeiträume von Stunden und Tagen jedoch nur schwer durch bildgestützte Verfahren nachvollziehbar. Die Lichtintensität und -verteilung herkömmlicher Mikroskopieverfahren schädigen die zu untersuchenden Proben und führen bei Langzeitbeobachtungen zum Zelltod. Zudem werden vorhandene Markierungen (Fluorochrome) ausgebleicht, wodurch das Ergebnis verfälscht wird. Die Arbeitsgruppe hat sich deshalb zur Aufgabe gestellt, ein System für das zerstörungsfreie Langzeitmonitoring lebender Organismen, Gewebe und Zellen am Institut zu etablieren. Im Mittelpunkt stehen hierbei Verbesserungen und neue Entwicklungen im Bereich der Lichtblattmikroskopie.

Die seit 2004 bekannte Lichtscheibenfluoreszenzmikroskopie (LSFM), auch Selective-Plane Illumination Microscopy (SPIM) bzw. Lichtblattmikroskopie genannt, bietet eine weitaus proben-schonendere Methode der Bildgebung, auch über lange Zeitverläufe von Stunden und Tagen bis hin zu Wochen. Hauptvorteil der Technik ist die spezielle Lichtgeometrie, die es erlaubt, die Lichtintensität besser auf der Probe zu verteilen. Der Lichtstress auf die einzelnen Zellen wird dadurch erheblich reduziert, ebenso das Ausbleichen der Markierungsfarbstoffe. Die Vorteile der Lichtblattmikroskopie in Bezug auf die Durchführung von Langzeitstudien und die enorme Variabilität des Systems, gaben den Ausschlag dafür, ein eigenes Lichtblattmikroskop am Fraunhofer IZI aufzubauen. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auch auf den erzeugbaren Bilddaten. Durch systematische Bewegung (Translation, Rotation) einer biologischen Probe können dreidimensionale Bilddatensätze erzeugt werden und somit Tiefeninformationen aus Proben gewonnen werden, die bis dato nicht durch konfokale Mikroskopie abbildbar waren.

Neben der SPIM-Technologie agiert die Fachgruppe zukünftig innerhalb der Forschungs- und Geschäftsfelder »biomedizinische Bildanalyse«, »Biosignal-Analyse« und »Industrielle Bildanalyse«. Das Ziel für die kommenden Jahre ist die Verstetigung der Gruppe innerhalb des Fraunhofer-Modells, ein signifikanter Personalausbau und die Erweiterung von Lehr- und Forschungsangeboten.

 

Weitere Ansprechpartner

Prof. Dr. Ulf-Dietrich Braumann 
Arbeitsgruppenleiter Zell-funktionale Bildanalyse
Telefon +49 341 35536-5416
ulf-dietrich.braumann@izi-extern.fraunhofer.de