Christoph Cremer

Christoph Cremer (född i Freiburg im Breisgau, Tyskland ) är en tysk fysiker och emeritus vid Ruprecht-Karls-University Heidelberg , tidigare hedersprofessor vid University of Mainz och var tidigare gruppledare vid Institute of Molecular Biology (IMB) vid Johannes Gutenberg University of Mainz , Tyskland , som framgångsrikt har övervunnit den konventionella upplösningsgränsen som gäller för ljusbaserade undersökningar ( Abbe -gränsen ) med en rad olika metoder (1971/1978 utveckling av konceptet 4Pi-mikroskopi; 1996 lokaliseringsmikroskopi SPDM; 1997 rumsligt strukturerad belysnings-SIM (utvecklad först 1995 av John M. Guerra på Polaroid Corp.)). Under tiden, enligt egen utsago, är Christoph Cremer medlem av Max Planck Institute for Chemistry (Otto Hahn Institute) och Max Planck Institute for Polymer Research .

Hans faktiska mikroskop Vertico-SMI är världens snabbaste nanoljusmikroskop som möjliggör storskalig undersökning av supramolekylära komplex inklusive levande cellförhållanden. Den tillåter 3D-avbildning av biologiska preparat märkta med konventionella fluorescerande färgämnen och når en upplösning på 10 nm i 2D och 40 nm i 3D.

Detta nanoskop har därför potentialen att avsevärt lägga till den nuvarande revolutionen inom optisk bildbehandling som kommer att påverka hela den molekylära biologin, den medicinska och farmaceutiska forskningen. Tekniken möjliggör utveckling av nya strategier för förebyggande, sänkning av risker och terapeutisk behandling av sjukdomar.

Biografi

Efter några terminers studier i filosofi och historia vid Freiburgs universitet och Münchens universitet , studerade Cremer fysik i München (med ekonomiskt stöd från Studienstiftung des Deutschen Volkes ) och avslutade sin doktorsexamen . i genetik och biofysik i Freiburg. Detta följdes av postdoktorala studier vid Institutet för mänsklig genetik vid Freiburg University, flera år i USA vid University of California , och hans " Habilitering " i allmän human genetik och experimentell cytogenetik vid Freiburg University. Från 1983 till sin pensionering undervisade han som professor (ordförande sedan 2004) för "tillämpad optik och informationsbehandling" vid Kirchhoff-institutet för fysik vid universitetet i Heidelberg. Dessutom var han medlem i Interdisciplinary Center for Scientific Computing Cremer deltog i tre "Projects of Excellence" vid universitetet i Heidelberg (2007–2012), och var även partner i Biotechnology Cluster för cellbaserade och molekylär medicin, ett av fem kluster utvalda 2008 som tyska BMBF Clusters of Excellence. Vald som andre talman i senaten vid universitetet i Heidelberg, var Cremer också involverad i universitetsstyrning och politik. I sin funktion som adjungerad professor vid University of Maine och som medlem av Jackson Laboratory ( Bar Harbor, Maine ), där han forskar flera veckor varje år under terminsuppehållen, var han involverad i etableringen av biofysikcentret ( Institute for Molecular Biophysics), som är kopplat till universitetet i Heidelberg genom ett "Global Network"-samarbete.

Cremer är gift med arkitekten och konstnären Letizia Mancino-Cremer.

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

    Bröstcancerceller: 3D LIMON Dual Color Super Resolution Mikroskopi av Her2 och Her3 & klusterberäkningar

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

    SPDMphmyod: Enskild YFP-molekyldetektion i en human cancercell

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

    SPDMphymod Samlokaliseringsmikroskopi av en kärna: 120 000 GFP- och RFP-fusionsproteiner lokaliserade i en vidvinkelvy (470 µm2)

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

    Etikettfri lokaliseringsmikroskopi SPDM - Superupplösningsmikroskopi avslöjar tidigare oupptäckliga intracellulära strukturer

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

    SMI Undersökning av mänsklig ögonvävnad, påverkad av makuladegeneration AMD

  • Virus Super Resolution Microscopy SPDM Cremer/Wege labs

    Virus Super Resolution Mikroskopi SPDM Cremer/Wege labs

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

    fBALM Superupplösning en molekyl lokaliseringsmikroskopi med hjälp av DNA struktur fluktuationsassisterad bindningsaktiverad lokaliseringsmikroskopi

Grundläggande utveckling

Utveckla konceptet med 4Pi-mikroskopi

var tidigt involverad i vidareutvecklingen av laserbaserade ljusmikroskopimetoder . De första idéerna hade sitt ursprung i hans doktorandår på 1970-talet. Tillsammans med sin bror Thomas Cremer , nu professor (ordförande) i antropologi och mänsklig genetik vid Ludwigs-Maximilian University i München, föreslog Christoph Cremer utvecklingen av ett hologrambaserat laserskanningsmikroskop 4Pi . Grundidén var att fokusera laserljus från alla sidor (rymdvinkel 4Pi) på en punkt med en diameter mindre än det konventionella laserfokuset och att skanna objektet med hjälp av denna punkt. På detta sätt bör det vara möjligt att uppnå en förbättrad optisk upplösning utöver den konventionella gränsen på ca. 200 nm i sidled, 600 nm axiellt. Publikationen från 1978 hade dock dragit en felaktig fysisk slutsats (dvs en punktliknande ljusfläck) och hade helt missat den axiella upplösningsökningen som den faktiska fördelen med att lägga till den andra sidan av rymdvinkeln. Sedan 1992 har 4Pi-mikroskopi utvecklats av Stefan Hell (Max-Planck-institutet för biofysikalisk kemi, Göttingen) till en mycket effektiv, högupplöst bildbehandlingsprocess, med två mikroskopobjektiv med hög numerisk bländare mitt emot varandra.

Utveckling av den första DNA-laser-UV-mikrostrålningstekniken för levande celler

I början av 1970-talet realiserade bröderna ett UV- lasermikrobestrålningsinstrument som för första gången gjorde det möjligt att på ett kontrollerat sätt bestråla endast en liten del av en levande cell vid absorptionsmaximum för DNA (257 nm). Detta ersatte den konventionella UV-partiella strålningen som praktiserats i över 60 år. På detta sätt var det för första gången möjligt att inducera förändringar i DNA på ett fokuserat sätt (dvs. på förutbestämda ställen i cellkärnan hos levande celler) utan att äventyra cellens förmåga att dela sig och överleva. Specifika mycket små cellregioner kunde bestrålas och därmed dynamiken hos makromolekyler (DNA) som finns där kvantitativt uppskattas. Dessutom, på grund av den höga hastigheten i processen med bestrålningstider på bråkdelar av en sekund, blev det möjligt att bestråla även rörliga cellorganeller . Denna utveckling utgjorde grunden för viktiga experiment inom området genomstrukturforskning (att fastställa förekomsten av så kallade kromosomterritorier i levande däggdjursceller ) och ledde några år senare (1979/1980) till ett framgångsrikt samarbete med biologen Christiane Nüsslein-Volhard ( Max Planck Institute for Developmental Biology, Tübingen ) . I detta samarbete använde Cremer sin UV-lasermikrobestrålningsutrustning för att framkalla cellförändringar i de tidiga larvstadierna av fruktflugan Drosophila melanogaster .

Utveckling av den konfokala laserskanningsmikroskopin för fluorescens

På grundval av erfarenheter från konstruktionen och tillämpningen av UV-lasermikrobestrålningsinstrumentet designade bröderna Cremer 1978 en laserskanningsprocess som punkt för punkt skannar den tredimensionella ytan av ett föremål med hjälp av en fokuserad laser stråle och skapar den övergripande bilden med elektroniska medel liknande de som används i svepelektronmikroskop. Det är denna plan för konstruktionen av ett konfokalt laserskanningsmikroskop (CSLM), som för första gången kombinerade laserskanningsmetoden med 3D-detektion av biologiska objekt märkta med fluorescerande markörer som gav Cremer sin professorstjänst vid universitetet i Heidelberg. Under det kommande decenniet utvecklades den konfokala fluorescensmikroskopin till ett tekniskt fullt mognat tillstånd, särskilt av grupper som arbetar vid universitetet i Amsterdam och European Molecular Biology Laboratory (EMBL) i Heidelberg och deras industripartners. Under senare år användes denna teknik i stor omfattning av biomolekylära och biomedicinska laboratorier och är än i dag guldstandarden när det gäller tredimensionell ljusmikroskopi med konventionell upplösning.

Utveckling av superupplösningsmikroskopimetoderna

Målet med mikroskopi är i många fall att bestämma storleken på enskilda, små föremål. Konventionell fluorescensmikroskopi kan endast fastställa storlekar till runt den konventionella optiska upplösningsgränsen på cirka 200 nm (lateral). Mer än 20 år efter att ha lämnat in patentansökan på 4 pi återvände Christoph Cremer till problemet med diffraktionsgränsen. Med Vertico SMI- mikroskopet kunde han realisera sina olika superupplösningstekniker inklusive SMI, SPDM, SPDMphymod och LIMON. Dessa metoder används huvudsakligen för biomedicinska tillämpningar

Rumsligt modulerad belysning SMI

Omkring 1995 började han med utvecklingen av en ljusmikroskopisk process, som uppnådde en väsentligt förbättrad storleksupplösning av cellulära nanostrukturer färgade med en fluorescerande markör. Den här gången använde han principen om bredfältsmikroskopi kombinerat med strukturerad laserbelysning (spatialt modulerad belysning, SMI) För närvarande uppnås en storleksupplösning på 30 – 40 nm (ungefär 1/16 – 1/13 av den använda våglängden). Dessutom är denna teknik inte längre utsatt för hastighetsbegränsningarna för fokuseringsmikroskopin så att det blir möjligt att genomföra 3D-analyser av hela celler inom korta observationstider (för tillfället cirka några sekunder). Disambiguation SMI: S = rumsligt, M = Modulerad I= Belysning.

Lokaliseringsmikroskopi SPDM

Också runt 1995 utvecklade och realiserade Cremer nya fluorescensbaserade bredfältsmikroskopimetoder som hade som mål att förbättra den effektiva optiska upplösningen (i termer av det minsta detekterbara avståndet mellan två lokaliserade objekt) ner till en bråkdel av den konventionella upplösningen (spektral). precisionsavstånds-/positionsbestämningsmikroskopi, SPDM; Disambiguation SPDM: S = Spektral, P = Precision, D = Avstånd, M = Mikroskopi).

Lokaliseringsmikroskopi SPDMphymod

Med denna metod är det möjligt att använda konventionella, väletablerade och billiga fluorescerande färgämnen, standard som GFP, RFP, YFP, Alexa 488, Alexa 568, Alexa 647, Cy2, Cy3, Atto 488 och fluorescein. i motsats till andra lokaliseringsmikroskopitekniker som behöver två laservåglängder när speciella fotoväxlingsbara/fotoaktiverbara fluorescensmolekyler används. Ett ytterligare exempel på användningen av SPDMphymod är en analys av partiklar av tobaksmosaikvirus ( TMV). eller interaktion mellan virus och celler.

Disambiguation SPDMphymod: S = Spectral, P = Precision D = Distance, M = Mikroskopi, phy = fysiskt, mod = modifierbar

3D-ljusmikroskopisk nanosizing (LIMON) mikroskopi

Kombinera SPDM och SMI, känd som LIMON-mikroskopi. Christoph Cremer kan för närvarande uppnå en upplösning på ca. 10 nm i 2D och 40 nm i 3D i breda fältbilder av hela levande celler. Widefield 3D "nanobilder" av hela levande celler tar för närvarande fortfarande cirka två minuter, men arbetet med att minska detta ytterligare pågår för närvarande. Vertico-SMI är för närvarande det snabbaste optiska 3D-nanoskopet för tredimensionell strukturanalys av hela celler över hela världen. Som en biologisk applikation i 3D-dubbelfärgsläget uppnåddes de rumsliga arrangemangen av Her2/neu och Her3-kluster. Positionerna i alla tre riktningarna av proteinklustren kunde bestämmas med en noggrannhet på cirka 25 nm.

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Christoph_Cremer&oldid=1133101202 "