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2P-Manipulation
Mikrotubuli-Netzwerk in bovinen Chondrocyten (anti-Tubulin, FITC)
Actin in Chondrozyten
Actinfilamentsystem in bovinen Chondrocyten (AlexaFluor532-Phalloidin)
Mikrotubuli in Chondrozyten

Die 2-Photonen-Manipulation beruht auf der Nutzung des 2-Photoneneffektes unter Verwendung eines gepulsten Femtosekundenlasers. Ein Einsatz von ultrakurzen Laserpulsen bietet beim Mikroskopieren einerseits den Vorteil einer hohen Eindringtiefe, da die Laserwellenlänge im NIR-Bereich liegt. Zum anderen kommt es nur im Laserfokus zur Absorption der Laserstrahlung.
Eine Fokussierung ultrakurzer Laserpulse mit Pulsdauern von weniger als hundert Femtosekunden ermöglicht neben einer Fluoreszenzanregung und der Triggerung photochemischer Prozesse auch die Materialbearbeitung im µm-Bereich.
In Abhängigkeit von Intensität und Einstrahlungsdauer kommt es zu verschiedenen Arten der Wechselwirkung zwischen der Laserstrahlung und dem Gewebe. Durch Applikation von energiereichen Pulsen in Zellen entstehen im Laserfokus hohe Intensitäten. Beim Erreichen eines Schwellenwertes werden hohe Dichten an freien Elektronen generiert. Übersteigen die Feldstärken am Ort des Fokus die des atomaren Feldes kommt es zur Plasmabildung (optischer Durchbruch). Dies ermöglicht über eine explosionsartige Verdampfung einen Materialabtrag. Mit gepulsten Lasern lässt sich eine besonders präzise und mit minimaler Schädigung verbundene Laserbearbeitung von Geweben erreichen.
Liegen die Strahlungsintensitäten nahe dem Schwellenwert zum optischen Durchbruch und ist nur in der Mitte des Fokus eine ausreichend hohe Intensität vorhanden, kann eine Schnittgenauigkeit von wenigen hundert Nanometern realisiert werden.
Die 2-Photonen-basierte Nanochirurgie ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen. So wird diese Technik z.B. in der refraktiven Augenchirurgie oder im Bereich der Gen-Transfektion auf ihre für die Verwendungsmöglichkeiten getestet.
Ein interessantes Einsatzfeld der 2P-Manipulation sind Untersuchungen zur Zell- und Gewebemechanik. Über die Zytoskelettkomponenten (Actin, Mikrotubuli, Intermediärfilamente) werden nicht nur die mechanische Stabilität von Zellen gewährleistet, sondern auch wichtige Prozesse der intrazellulären Signalweiterleitung gesteuert (Mechanotransduktion). Das mathematische Tensegrity-Modell (Donald E. Ingber, Boston) beschreibt die Zellmechanik als Ergebnis der Interaktion der Zytoskelettkomponenten und der Zellmembran. Anhand dieses Modells können mittels 2P-Manipulation gezielte mikromechanische Zellmanipulationen am Zytoskelett vorgenommen werden. Die Analyse der Zellreaktionen (z.B. E-Moduli, Reparaturprozesse, Genexpression) auch unter dem Einfluss externer mechanischer Zellstimulation soll dabei helfen, die Mechanotransduktion in Zellen besser zu verstehen und mechanosensitive Differenzierungsprozesse gezielt beeinflussen zu können.

Osteoblasten (SaOS2) nach 7 Tagen auf Glas (Fixierung mit 4% PFA, Färbung mit Alexa 532-Phalloidin). A: Vor dem Schneiden, B: Festlegung zum Schneiden: Image Power Dissection (Linien von links nach rechts: 10 mW, 20 mW, 30 mW, 40 mW, 50mW), C: Aufnahme nach dem Schneiden
Chondrozyten mit 2P-Schnitten
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