Neue Erkenntnis liegt nur eine Millisekunde entfernt

Leica Microsystems bringt Hochdruckgefriereinrichtung mit voll integrierter Lichtstimulation für „Flash-and-Freeze“-Experimente auf den Markt. / Leica Microsystems launches the Leica EM ICE, a new generation High-Pressure Freezer with fully integrated light stimulation option.

Mit der Leica EM ICE hat Leica Microsystems eine Hochdruckgefrieranlage mit voll integrierter Lichtstimulation auf den Markt gebracht, die mit der Genauigkeit einer Millisekunde arbeitet. Derzeit ist das Hochdruckgefrieren die einzige Methode zur Konservierung wasserhaltiger Proben in ihrem nativen Zustand. Die Leica EM ICE ermöglicht die Kryofixierung der Proben ohne Strukturänderung, sodass diese im möglichst nativen Zustand im Elektronenmikroskop mit Nanometer-Auflösung abgebildet werden können. Zudem eröffnet die Kombination des Hochdruckgefrierens mit der Lichtstimulation Möglichkeiten für völlig neuartige Versuche. Es lassen sich komplexe Veränderungen in feinen Strukturen oder grundlegende Prozesse in der Life-Science- sowie der Materialforschung zeigen. Die Leica EM ICE erlaubt die Synchronisierung des Hochdruckgefrierens mit der Lichtstimulation mit einer Genauigkeit von einer Millisekunde und erfasst so dynamische Vorgänge, die mit Nanometer-Auflösung analysiert werden können. Die präzise Korrelation zwischen Lichtimpuls und Gefrierzeit ist die Voraussetzung dafür, dass die elektronenmikroskopischen Bilder forschungsrelevante Einsichten liefern. Die Leica EM ICE bietet fünf unterschiedliche Wellenlängen für die Lichtstimulation und kann mit ihrem Aufbewahrungssystem bis zu neun aufeinander folgende Proben gefrieren. Innerhalb einer Sekunde nach Einlegen in den Objektträger erfolgt die Cryofixierung. Unmittelbar danach werden die Proben durch Abkühlung bis auf Stickstofftemperatur (-195,7°C) stabilisiert.

Dr. Cveta Tomova, Produktmanagerin bei Leica Microsystems, sagt: „Die Leica EM ICE ist ein leistungsstarkes Instrument, das neue Erkenntnisse ans Licht bringen und sogar zum Verständnis lebensnotwendiger Prozesse beitragen kann. Es ist das einzige Gerät, das Hochdruckgefrieren und Lichtstimulation mit der Genauigkeit einer Millisekunde synchronisiert. Diese Plattform stellt eine Verbindung von Licht, Zeit und Probenkonservierung ohnegleichen dar. Wir haben Qualität mit technologischer Innovation vereint, um Forscher bei der Gewinnung bahnbrechender Erkenntnisse zu unterstützen. Das Verfahren des Hochdruckgefrierens mit Lichtstimulation kann bei allen lichtempfindlichen Verbindungen wie Lotionen, photoaktivierbaren Verbundstoffen, Proteinen sowie verschiedenen biologischen Präparaten angewendet werden. Es kann unser Verständnis hochdynamischer Prozesse, wie zum Beispiel Neurotransmission an der Synapse, weiter entwickeln.“

Für die Lichtstimulation mit der Leica EM ICE sind verschiedene Wellenlängen möglich, nämlich blau, UV, grün, rot und bernsteingelb. Dafür sorgt der eingebaute Anschluss für die LED-Lichtmodule, die von der Gerätesoftware automatisch erkannt werden. Die Software ermöglicht auch die Programmierung vielfältiger Parameter für die Planung von „Flash-and-Freeze“-Experimenten. Die integrierte Lichtstimulation der Leica EM ICE erleichtert die präzise Korrelation zwischen Lichtimpuls und Gefrierzeitpunkt. „Das alles sorgt für Standardisierung und Zuverlässigkeit, gepaart mit der Flexibilität, Forschungsaufgaben auf diversen wissenschaftlichen Gebieten zu erleichtern“, sagt Tomova.

Gerade für eine optimale Probenkonservierung ist die Zeit ein wesentlicher Faktor. Der automatisierte Gefrierzyklus der Leica EM ICE gewährleistet, dass die Probe innerhalb einer Sekunde nach Einlegen in den Probenträger gefroren ist. Der rechnergesteuerte Prozess beginnt mit dem gleichzeitigen Schliessen der Kartusche und dem Einleiten des Gefriervorgangs und endet mit dem automatischen Einwurf der Probe in einem Flüssigstickstoffbehälter zur Vermeidung von Eiskristallbildung.

Die Möglichkeit, bis zu neun Proben nacheinander zu gefrieren, reduziert den Bearbeitungsaufwand und erleichtert es den Anwendern, sich auf das Wesentliche zu konzentrieren. Die Lagerung im Dewargefäß erfolgt nach einer programmierbaren Aufbewahrungssequenz für drei separate Positionen. So können Kombinationen unterschiedlicher Proben oder auch unterschiedliche Zustände der gleichen Probe hintereinander gefroren werden.

In der EM-Probenpräparation setzt Leica Microsystems auf Workflow-Lösungen. Dabei spielt die Leica EM ICE in vielen Arbeitsabläufen eine Schlüsselrolle. „Letztendlich geht es uns darum, dass unsere Kunden bahnbrechenden Erkenntnisse gewinnen können. Deshalb bieten wir eine bisher unerreichte technologische Leistungsstufe“, sagt Tomova. „Gleichzeitig wollen wir Forschern komfortables und standardisiertes Arbeiten ermöglichen. Ein Beispiel: Um die komplexen Veränderungen in der Feinstruktur einer Sonnenlotion unter UV-Licht zu verstehen, kann eine Probe in der Leica EM ICE mit einer bestimmten UV-Strahlungsdosis stimuliert und hochdruckgefroren werden. Die gefrorene Probe kann dann – noch immer unter Kryobedingungen – im Hochvakuum-Beschichtungssystem Leica EM ACE600 beschichtet und anschließend in einem Kryo-Rasterelektronenmikroskop abgebildet werden. Das Transportsystem Leica EM VCT100 dient als Shuttle zwischen den verschiedenen Arbeitsschritten, wobei die Kryo- und Vakuumbedingungen stets eingehalten werden.“