Krzysztof Cremer

Christoph Cremer (ur. we Fryburgu Bryzgowijskim, Niemcy ) jest niemieckim fizykiem i emerytowanym pracownikiem Ruprecht-Karls-University Heidelberg , byłym honorowym profesorem na Uniwersytecie w Moguncji i byłym kierownikiem grupy w Instytucie Biologii Molekularnej (IMB) w Johannes Gutenberg University of Mainz , Niemcy , który z powodzeniem pokonał konwencjonalną granicę rozdzielczości, która ma zastosowanie do badań opartych na świetle ( granica Abbego ) za pomocą szeregu różnych metod (1971/1978 rozwój koncepcji mikroskopii 4Pi; 1996 mikroskopia lokalizacyjna SPDM 1997 przestrzennie ustrukturyzowane oświetlenie SIM (opracowane po raz pierwszy w 1995 przez Johna M. Guerrę z Polaroid Corp.)). W międzyczasie, zgodnie z własnym oświadczeniem, Christoph Cremer jest członkiem Instytutu Chemii Maxa Plancka (Instytut Otto Hahna) oraz Instytutu Badań Polimerów Maxa Plancka .

Jego obecny mikroskop Vertico-SMI jest najszybszym na świecie mikroskopem nanoświetlnym, który umożliwia badanie na dużą skalę kompleksów supramolekularnych, w tym warunków żywych komórek. Umożliwia obrazowanie 3D preparatów biologicznych znakowanych konwencjonalnymi barwnikami fluorescencyjnymi i osiąga rozdzielczość 10 nm w 2D i 40 nm w 3D.

Ten nanoskop ma zatem potencjał, aby znacząco przyczynić się do obecnej rewolucji w obrazowaniu optycznym, która wpłynie na całą biologię molekularną, badania medyczne i farmaceutyczne. Technologia pozwala na opracowywanie nowych strategii profilaktyki, zmniejszania ryzyka i leczenia terapeutycznego chorób.

Biografia

Po kilku semestrach studiowania filozofii i historii na Uniwersytecie we Freiburgu i Uniwersytecie w Monachium , Cremer studiował fizykę w Monachium (przy wsparciu finansowym Studienstiftung des Deutschen Volkes ) i uzyskał stopień doktora. w genetyce i biofizyce we Freiburgu. Następnie odbył studia podoktoranckie w Instytucie Genetyki Człowieka na Uniwersytecie we Freiburgu, kilka lat w Stanach Zjednoczonych na Uniwersytecie Kalifornijskim oraz „ habilitację ” z genetyki ogólnej człowieka i cytogenetyki eksperymentalnej na Uniwersytecie we Freiburgu. Od 1983 r. aż do przejścia na emeryturę wykładał jako profesor (kierownik od 2004 r.) „optyki stosowanej i przetwarzania informacji” w Instytucie Fizyki im. Kirchhoffa na Uniwersytecie w Heidelbergu. Ponadto był członkiem Interdyscyplinarnego Centrum Informatyki Naukowej Cremer był uczestnikiem trzech „Projects of Excellence” Uniwersytetu w Heidelbergu (2007–2012), a także był partnerem w Biotechnology Cluster for cell-based and medycyny molekularnej, jeden z pięciu klastrów wybranych w 2008 roku jako Niemieckie Klastry Doskonałości BMBF . Wybrany na drugiego marszałka Senatu Uniwersytetu w Heidelbergu, Cremer był również zaangażowany w zarządzanie uniwersytetem i politykę. Pełniąc funkcję adiunkta na University of Maine oraz jako członek Jackson Laboratory ( Bar Harbor, Maine ), gdzie każdego roku przez kilka tygodni w przerwach semestralnych prowadzi badania, był zaangażowany w tworzenie centrum biofizyki ( Institute for Molecular Biophysics), który jest powiązany z Uniwersytetem w Heidelbergu poprzez współpracę „Global Network”.

Cremer jest żoną architekta i artysty Letizii Mancino-Cremer.

  • Mikroskopia super rozdzielczości
  • Breast Cancer Cells: 3D LIMON Dual Color Super Resolution Microscopy of Her2 and Her3 & cluster calculations

    Komórki raka piersi: dwukolorowa mikroskopia superrozdzielczości LIMON 3D Her2 i Her3 oraz obliczenia klastrów

  • SPDMphmyod: Single YFP molecule detection in a human cancer cell

    SPDMphmyod: Wykrywanie pojedynczej cząsteczki YFP w ludzkiej komórce nowotworowej

  • SPDMphymod Co- localisation microscopy of a nucleus: 120.000 GFP and RFP fusion proteins localized in a widefield view(470 µm2)

    SPDMphymod Kolokacyjna mikroskopia jądra: 120 000 białek fuzyjnych GFP i RFP zlokalizowanych w szerokim polu widzenia (470 µm2)

  • Label-free Localisation Microscopy SPDM - Super Resolution Microscopy reveals prior undetebable intracellular structures

    Bezznacznikowa mikroskopia lokalizacyjna SPDM — mikroskopia superrozdzielczości ujawnia wcześniejsze niewykrywalne struktury wewnątrzkomórkowe

  • SMI Investigation of human eye tissue, affected by macular degeneration AMD

    SMI Badanie ludzkiej tkanki oka dotkniętej zwyrodnieniem plamki żółtej AMD

  • Virus Super Resolution Microscopy SPDM Cremer/Wege labs

    Laboratoria Virus Super Resolution Microscopy SPDM Cremer/Wege

  • fBALM Super-resolution single molecule localisation microscopy using DNA structure fluctuation assisted binding activated localisation microscopy

    fBALM Mikroskopia lokalizacji pojedynczej cząsteczki o super rozdzielczości przy użyciu mikroskopii lokalizacji aktywowanej wiązaniem wspomaganej fluktuacją struktury DNA

Podstawowe zmiany

Opracowanie koncepcji mikroskopii 4Pi

Cremer był wcześnie zaangażowany w dalszy rozwój podejść opartych na laserowej mikroskopii świetlnej . Pierwsze pomysły zrodziły się w latach 70., gdy był studentem. Wraz ze swoim bratem Thomasem Cremerem , obecnie profesorem (katedra) Antropologii i Genetyki Człowieka na Uniwersytecie Ludwigs-Maximilian w Monachium, Christoph Cremer zaproponował opracowanie skaningowego mikroskopu laserowego 4Pi opartego na hologramie . Podstawową ideą było skupienie światła laserowego ze wszystkich stron (kąt przestrzenny 4Pi) w plamce o średnicy mniejszej niż konwencjonalne ogniskowanie laserowe i skanowanie obiektu za pomocą tej plamki. W ten sposób powinno być możliwe uzyskanie lepszej rozdzielczości optycznej poza konwencjonalną granicą ok. 200 nm poprzecznie, 600 nm osiowo. Jednak publikacja z 1978 roku wyciągnęła niewłaściwy wniosek fizyczny (tj. punktową plamkę światła) i całkowicie pominęła wzrost rozdzielczości osiowej jako rzeczywistą korzyść dodania drugiej strony kąta bryłowego. Od 1992 roku mikroskopia 4Pi opracowana przez Stefana Hella (Max-Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen) w wysoce wydajny proces obrazowania o wysokiej rozdzielczości, przy użyciu dwóch przeciwstawnych soczewek obiektywowych mikroskopu o dużej aperturze numerycznej.

Opracowanie pierwszej techniki mikronapromieniowania DNA laserem UV dla żywych komórek

Na początku lat 70. bracia opracowali instrument do mikropromieniowania laserem UV , który po raz pierwszy umożliwił napromieniowanie w kontrolowany sposób tylko niewielkiej części żywej komórki przy maksimum absorpcji DNA (257 nm). Zastąpiło to konwencjonalne częściowe napromienianie UV, praktykowane przez ponad 60 lat. W ten sposób po raz pierwszy możliwe było indukowanie zmian w DNA w ukierunkowany sposób (tj. w określonych miejscach w jądrze komórkowym żywych komórek) bez ograniczania zdolności komórek do podziału i przeżycia. Można było napromieniować określone bardzo małe regiony komórkowe, a tym samym ilościowo oszacować dynamikę makrocząsteczek (DNA). Ponadto, dzięki dużej szybkości procesu wykorzystującego czasy napromieniowania rzędu ułamków sekundy, możliwe stało się napromienianie nawet poruszających się organelli komórkowych . Rozwój ten dał podstawę do ważnych eksperymentów w dziedzinie genomu (ustalenie istnienia tzw. terytoriów chromosomowych w żywych komórkach ssaków ) i doprowadził kilka lat później (1979/1980) do udanej współpracy z biologiem Christiane Nüsslein-Volhard ( Instytut Biologii Rozwoju im. Maxa Plancka , Tybinga ). W ramach tej współpracy Cremer wykorzystał swój sprzęt do mikropromieniowania laserowego UV w celu wywołania zmian komórkowych we wczesnych larwalnych muszki owocowej Drosophila melanogaster .

Rozwój konfokalnej laserowej mikroskopii skaningowej do fluorescencji

Bazując na doświadczeniach zdobytych w konstrukcji i zastosowaniu przyrządu do mikropromieniowania laserowego UV, bracia Cremer opracowali w 1978 roku proces skanowania laserowego polegający na skanowaniu punkt po punkcie trójwymiarowej powierzchni obiektu za pomocą zogniskowanego lasera wiązkę i tworzy ogólny obraz za pomocą środków elektronicznych podobnych do tych stosowanych w skaningowych mikroskopach elektronowych. To właśnie ten plan budowy konfokalnego laserowego mikroskopu skanującego (CSLM), który po raz pierwszy łączył metodę skanowania laserowego z trójwymiarową detekcją obiektów biologicznych oznaczonych znacznikami fluorescencyjnymi , zapewnił Cremerowi stanowisko profesora na Uniwersytecie w Heidelbergu. W ciągu następnej dekady konfokalna mikroskopia fluorescencyjna została rozwinięta do technicznie w pełni dojrzałego stanu, w szczególności przez grupy pracujące na Uniwersytecie w Amsterdamie i Europejskim Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) w Heidelbergu oraz ich partnerów przemysłowych. W późniejszych latach technologia ta została szeroko przyjęta przez laboratoria biomolekularne i biomedyczne i do dziś pozostaje złotym standardem, jeśli chodzi o trójwymiarową mikroskopię świetlną o konwencjonalnej rozdzielczości.

Rozwój metod mikroskopii superrozdzielczej

Celem mikroskopii jest w wielu przypadkach określenie wielkości pojedynczych, małych obiektów. Konwencjonalna mikroskopia fluorescencyjna może określić rozmiary tylko w okolicach konwencjonalnej rozdzielczości optycznej wynoszącej około 200 nm (boczna). Ponad 20 lat po złożeniu wniosku patentowego 4 pi Christoph Cremer powrócił do problemu granicy dyfrakcji. Dzięki Vertico SMI mógł zrealizować swoje różne techniki superrozdzielczości, w tym SMI, SPDM, SPDMphymod i LIMON. Metody te są wykorzystywane głównie do zastosowań biomedycznych

Oświetlenie modulowane przestrzennie SMI

Około 1995 roku rozpoczął prace nad opracowaniem metody mikroskopii świetlnej, w wyniku której uzyskano znacznie lepszą rozdzielczość wielkości nanostruktur komórkowych barwionych markerem fluorescencyjnym. Tym razem zastosował zasadę mikroskopii szerokopolowej w połączeniu ze strukturalnym oświetleniem laserowym (oświetlenie modulowane przestrzennie, SMI). Obecnie osiągana jest rozdzielczość wielkości 30 – 40 nm (około 1/16 – 1/13 użytej długości fali). Ponadto technologia ta nie jest już poddawana ograniczeniom prędkości mikroskopii ogniskującej, dzięki czemu możliwe staje się podejmowanie analiz 3D całych komórek w krótkich czasach obserwacji (obecnie rzędu kilku sekund). Ujednoznacznienie SMI: S = przestrzennie, M = modulowane I = oświetlenie.

Mikroskopia lokalizacyjna SPDM

Również około 1995 roku Cremer opracował i zrealizował nowe podejście oparte na mikroskopii szerokopolowej opartej na fluorescencji, którego celem było poprawienie efektywnej rozdzielczości optycznej (w sensie najmniejszej wykrywalnej odległości między dwoma zlokalizowanymi obiektami) do ułamka konwencjonalnej rozdzielczości (spektralna precyzyjna mikroskopia określania odległości/pozycji, SPDM; Ujednoznacznianie SPDM: S = Widmowy, P = Precyzyjny, D = Odległość, M = Mikroskopia).

Mikroskopia lokalizacyjna SPDMphymod

Dzięki tej metodzie możliwe jest użycie konwencjonalnych, dobrze znanych i niedrogich barwników fluorescencyjnych, standardowych jak GFP, RFP, YFP, Alexa 488, Alexa 568, Alexa 647, Cy2, Cy3, Atto 488 i fluoresceina. w przeciwieństwie do innych technologii mikroskopii lokalizacyjnej, które wymagają dwóch długości fali lasera, gdy stosowane są specjalne fotoprzełączane/fotoaktywowane cząsteczki fluorescencyjne. Kolejnym przykładem zastosowania SPDMphymod jest analiza cząstek wirusa mozaiki tytoniu (TMV). lub interakcja wirus-komórka.

Ujednoznacznienie SPDMphymod: S = Widmowy, P = Precyzja D = Odległość, M = Mikroskopia, phy = fizycznie, mod = modyfikowalny

Mikroskopowa mikroskopia nanowymiarowa światła 3D (LIMON).

Połączenie SPDM i SMI, znane jako mikroskopia LIMON. Christoph Cremer może obecnie osiągnąć rozdzielczość ok. 10 nm w 2D i 40 nm w 3D w szerokokątnych obrazach całych żywych komórek. „Nanoobrazy” Widefield 3D całych żywych komórek nadal trwają około dwóch minut, ale obecnie trwają prace nad dalszym zmniejszeniem tego czasu. Vertico-SMI jest obecnie najszybszym optycznym nanoskopem 3D do trójwymiarowej analizy strukturalnej całych komórek na całym świecie. Jako aplikacja biologiczna w trybie dwukolorowym 3D uzyskano przestrzenne rozmieszczenie klastrów Her2/neu i Her3. Pozycje klastrów białek we wszystkich trzech kierunkach można było określić z dokładnością do około 25 nm.

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Christoph_Cremer&oldid=1133101202 ”