Eine neue Mikroskoptechnik kann farbige Moleküle innerhalb von Körpergeweben verfolgen. Bisher gelang dies nur bei leuchtenden Substanzen, die Forscher zuerst an den eigentlich gesuchten Stoff binden mussten. Da für die neue Methode bereits die natürliche Farbe zahlreicher Biomoleküle ausreicht, könnten sowohl Zellforschung als auch die Krebsdiagnostik künftig von der Zeit sparenden Methode profitieren.

Anders als fluoreszierende Moleküle geben farbige Substanzen eingestrahlte Energie nicht in Form von Licht ab, sondern wandeln sie in Wärme um. Chemiker unter Leitung von Xiaoliang Sunney Xie von der Harvard University in Cambridge brachten die Farbstoffe jedoch künstlich zum Leuchten, indem sie diese mit doppelten Laserblitzen beschossen, deren beide Pulse nur eine tausendstel Nanosekunde auseinanderlagen. Der erste Puls liefert den Molekülen dabei Energie, während der zweite sie dazu stimuliert, diese wieder als Licht abzustrahlen, noch bevor die übliche Umwandlung in Wärme beginnen kann. Da jede Substanz nur auf bestimmte Lichtfrequenzen anspricht, kann das Mikroskop je nach der Farbe des Lasers gezielt eine Sorte von Molekülen sichtbar machen.

Der Effekt der stimulierten Emission ist bereits seit rund 100 Jahren bekannt. Bisher ließ er sich jedoch nicht für Mikroskope nutzen, da das Leuchten der wenigen Farbteilchen so schwach ist, dass es in den natürlichen Stärkeschwankungen der Laser untergeht. Xie und seine Kollegen lösten dieses Problem, indem sie den ersten der beiden Laserpulse in regelmäßigen Intervallen aussetzen ließen. Dieses Muster von Pulsen und Pausen war daraufhin auch in den "Antworten" der Moleküle wiederzufinden und vom Signalrauschen zu trennen. Die Forscher demonstrierten ihre neue Technik unter anderem am roten Blutfarbstoff Hämoglobin sowie an mehreren künstlichen Farbstoffen in Zellkulturen.

Die neue Methode ist eine Weiterentwicklung der bekannten Fluoreszenzmikroskopie. Hierbei fahren einzelne Laserpulse jeden Raumpunkt der Probe ab. Treffen sie dort auf fluoreszierende Moleküle, nehmen diese die Energie des Lasers kurzzeitig auf und geben sie dann erneut als messbares Licht ab. So entsteht eine räumliche Karte ihrer Verteilung. Forscher müssen jedoch jeweils Wege finden, diese Leuchtsubstanzen an die von ihnen gesuchten Stoffe zu binden. Das geschieht entweder durch äußere Zugabe spezieller Marker, die sich an die Zielmoleküle hängen, oder indem die Versuchsorganismen neue Gene erhalten, damit sie selbst die fluoreszierenden Stoffe produzieren. (rs)