„Spionagesoftware“ zur Beobachtung einzelner Zellen

Menschliche Zelle
Menschliche Zelle: Software beobachtet das Schicksal einzelner Zellen (Foto: © Naeblys/fotolia.com)

Schweizer und deutsche Wissenschaftler haben eine Software entwickelt, die eine Beobachtung und Vermessung einzelner Zellen über einen längeren Zeitraum ermöglicht. Die gemeinsam von der ETH Zürich, dem Helmholtz Zentrum München und der Technischen Universität München entwickelte Software erlaubt es, einzelne Zellen über Wochen zu beobachten und gleichzeitig molekulare Eigenschaften zu messen.

Die Entwicklung dieser Software ist wertvoll, weil bestimmte Fragestellungen der Zellbiologie nur beantwortet werden können, wenn ganz gezielt das Schicksal einzelner Zellen beobachtet wird. Forscher interessieren sich beispielsweise dafür, wie sich Stammzellen zu anderen Zelltypen weiterentwickeln. Da sich solche Prozesse aber teilweise über mehrere Tage erstrecken, ist die Analyse mit Standardmethoden, die oft nur einen einzigen Zeitpunkt des Prozesses messen, nicht ausreichend.

Time-lapse Filme werden gedreht

Das Aufzeichnen und Analysieren sogenannter Time-lapse Mikroskopie Filme ist jedoch nicht ganz trivial: „Auf der einen Seite müssen genug Bilder aufgenommen werden, um die Zellen nicht aus den Augen zu verlieren, auf der anderen Seite entstehen so enorme Datenmengen mit teilweise Millionen von Bildern“ erklärt Prof. Dr. Dr. Fabian Theis das bisherige Problem. „Es ging also darum, diese sprichwörtlichen Big Data für die Wissenschaft verwertbar zu machen.“ Theis ist Direktor des Institute of Computational Biology (ICB) am Helmholtz Zentrum München sowie Inhaber des Lehrstuhls für Mathematische Modelle biologischer Systeme der TU München. Er leitete die Studie gemeinsam mit Prof. Dr. Timm Schroeder vom Department of Biosystems Science and Engineering (D-BSSE) der ETH Zürich mit Sitz in Basel.

Software online verfügbar

Schroeder forschte bis 2013 selbst am Helmholtz Zentrum München und befasst sich seit langem mit der Dynamik von Stammzellen. Er wusste folglich genau, was die neue Software können sollte: „Wir haben zwei separate Pakete geschnürt: ein manuelles Trackingtool und ein halbautomatisches Quantifizierungstool für Einzelzellanalysen in time-lapse Mikroskopie Filmen. Beide zusammen erlauben die Messung von Eigenschaften wie etwa Länge des Zellzyklus, die Expressionsdynamik bestimmter Proteine oder Korrelationen dieser Eigenschaften zwischen Schwesterzellen.“

Wenn es nach den Wissenschaftlern geht, sollen die neuen Möglichkeiten, die diese Programme bieten, möglichst vielen Forschern weltweit zur Verfügung stehen. Die Software ist daher kostenlos und abrufbar (Download-Link).

Info
Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.300 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören. Es verfolgt als Forschungszentrum das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil.