Jump to content

Кристоф Кремер

Кристоф Кремер (родился во Фрайбурге- им-Брайсгау, Германия ) — немецкий физик и заслуженный деятель науки. [1] в Гейдельбергском университете Рупрехта-Карла , бывший почетный профессор Майнцского университета [2] [3] и бывший руководитель группы в Институте молекулярной биологии университета имени Иоганна Гутенберга (IMB) Майнцского , Германия . [4] который успешно преодолел обычный предел разрешения, применимый к световым исследованиям ( предел Аббе ), с помощью ряда различных методов (1971/1978, разработка концепции 4Pi-микроскопии; 1996, локализационная микроскопия SPDM; 1997, пространственно-структурированное освещение SIM ( впервые разработан в 1995 году Джоном М. Геррой из Polaroid Corp.) [5] ). [6] [7] Между тем, по его собственному заявлению, Кристоф Кремер является членом Института химии Макса Планка (Институт Отто Хана) и Института исследований полимеров Макса Планка . [8] [9] [10]

Его настоящий микроскоп Vertico-SMI — самый быстрый в мире наносветовой микроскоп, который позволяет крупномасштабное исследование супрамолекулярных комплексов, включая состояние живых клеток. Он позволяет получать трехмерные изображения биологических препаратов, маркированных обычными флуоресцентными красителями, и достигает разрешения 10 нм в 2D и 40 нм в 3D.

Таким образом, этот наноскоп потенциально может внести существенный вклад в нынешнюю революцию в оптической визуализации, которая повлияет на всю молекулярную биологию, медицинские и фармацевтические исследования. Технология позволяет разрабатывать новые стратегии профилактики, снижения риска и терапевтического лечения заболеваний.

Биография

[ редактировать ]

После нескольких семестров изучения философии и истории во Фрайбургском и Мюнхенском университетах Кремер изучал физику в Мюнхене (при финансовой поддержке Studienstiftung des Deutschen Volkes ) и защитил докторскую диссертацию. по генетике и биофизике во Фрайбурге. За этим последовали постдокторские исследования в Институте генетики человека Фрайбургского университета, несколько лет в США в Калифорнийском университете и его « хабилитация » по общей генетике человека и экспериментальной цитогенетике во Фрайбургском университете. С 1983 года и до выхода на пенсию он преподавал в качестве профессора (заведующий кафедрой с 2004 года) по специальности «прикладная оптика и обработка информации» в Физическом институте Кирхгофа Гейдельбергского университета. Кроме того, он был членом Междисциплинарного центра научных вычислений Кремера, участником трёх «Проектов передового опыта» Гейдельбергского университета (2007–2012 гг.), а также был партнёром Биотехнологического кластера по клеточным и биотехнологическим исследованиям. молекулярная медицина, один из пяти кластеров, выбранных в 2008 году как немецкий BMBF Кластеры передового опыта . Избранный вторым спикером Сената Гейдельбергского университета, Кремер также участвовал в управлении университетом и политике. В качестве адъюнкт-профессора в Университете штата Мэн и члена лаборатории Джексона ( Бар-Харбор, штат Мэн ), где он проводит исследования в течение нескольких недель каждый год во время семестровых каникул, он участвовал в создании центра биофизики ( Институт молекулярной биофизики), который связан с Гейдельбергским университетом посредством сотрудничества «Глобальной сети».

Кремер женат на архитекторе и художнице Летиции Манчино-Кремер.

Фундаментальные разработки

[ редактировать ]

Разработка концепции 4Pi-микроскопии

[ редактировать ]

Кремер был одним из первых участников дальнейшего развития лазерной подходов к световой микроскопии . Первые идеи зародились еще в аспирантуру 1970-х годов. Совместно со своим братом Томасом Кремером , ныне профессором (заведующим кафедрой) антропологии и генетики человека в Университете Людвига-Максимилиана в Мюнхене, Кристоф Кремер предложил разработку на основе голограмм лазерного сканирующего 4Pi- микроскопа . Основная идея заключалась в том, чтобы сфокусировать лазерный свет со всех сторон (пространственный угол 4Pi) в пятно диаметром меньше обычного лазерного фокуса и сканировать объект с помощью этого пятна. Таким образом, должно быть возможно достичь улучшенного оптического разрешения, превышающего обычный предел прибл. 200 нм латерально, 600 нм аксиально. [11] [12] Однако публикация 1978 г. [13] сделал неверный физический вывод (т.е. точечное пятно света) и полностью упустил увеличение осевого разрешения как реальную выгоду от добавления другой стороны телесного угла. [14] (Институт биофизической химии Макса Планка, Геттинген) разработал микроскопию 4Pi, С 1992 года Штефан Хелл превратив ее в высокоэффективный процесс получения изображений с высоким разрешением с использованием двух объективов микроскопа с высокой числовой апертурой, расположенных напротив друг друга. [15] [16]

Разработка первого метода ДНК-лазера-УФ-микрооблучения живых клеток.

[ редактировать ]

В начале 1970-х годов братья разработали прибор для УФ -лазерного микрооблучения, который впервые позволил контролируемым образом облучать лишь небольшую часть живой клетки при максимуме поглощения ДНК (257 нм). [17] Это заменило обычное частичное УФ-облучение, практикуемое более 60 лет. Таким образом, впервые стало возможным целенаправленно вызывать изменения в ДНК (т.е. в заранее определенных местах клеточного ядра живых клеток), не ставя под угрозу способность клеток делиться и выживать. динамику содержащихся в них макромолекул Можно было облучить определенные очень маленькие области клеток и, таким образом, количественно оценить (ДНК). Кроме того, благодаря высокой скорости процесса с использованием времени облучения в доли секунды стало возможным облучать даже движущиеся клеточные органеллы . Это открытие послужило основой для важных экспериментов в области исследования структуры генома (установление существования так называемых хромосомных территорий в живых клетках млекопитающих ) и привело несколько лет спустя (1979/1980) к успешному сотрудничеству с биологом Кристианой Нюсляйн-Фольхард ( Институт биологии развития Макса Планка , Тюбинген ). В рамках этого сотрудничества Кремер использовал свое оборудование для УФ-лазерного микрооблучения, чтобы вызвать клеточные изменения на ранних стадиях. личиночные стадии плодовой мухи Drosophila melanogaster . [18] [19]

Разработка конфокальной лазерной сканирующей микроскопии для флуоресценции

[ редактировать ]

На основе опыта, полученного при создании и применении прибора для УФ-лазерного микрооблучения, братья Кремер разработали в 1978 году процесс лазерного сканирования, который сканирует трехмерную поверхность объекта поточечно с помощью сфокусированного лазера. пучка и создает общую картину с помощью электронных средств, аналогичных тем, которые используются в сканирующих электронных микроскопах. [11] Именно этот план создания конфокального лазерного сканирующего микроскопа (CSLM), который впервые объединил метод лазерного сканирования с 3D-обнаружением биологических объектов, меченных флуоресцентными маркерами , принес Кремеру профессорскую должность в Гейдельбергском университете. В течение следующего десятилетия конфокальная флуоресцентная микроскопия была доведена до технически совершенного состояния, в частности, группами, работающими в Университете Амстердама и Европейской лабораторией молекулярной биологии (EMBL) в Гейдельберге, и их отраслевыми партнерами. В последующие годы эта технология получила широкое распространение в биомолекулярных и биомедицинских лабораториях и по сей день остается золотым стандартом в области трехмерной световой микроскопии с обычным разрешением.

Развитие методов микроскопии сверхразрешения

[ редактировать ]

Целью микроскопии во многих случаях является определение размера отдельных небольших объектов. Обычная флуоресцентная микроскопия позволяет установить размеры только в пределах обычного предела оптического разрешения , составляющего примерно 200 нм (латерально). Спустя более 20 лет после подачи заявки на патент 4 pi, [11] [20] Кристоф Кремер вернулся к проблеме дифракционного предела. С помощью микроскопа Vertico SMI он мог реализовать различные методы сверхвысокого разрешения, включая SMI, SPDM, SPDMphymod и LIMON. Эти методы в основном используются в биомедицинских целях. [21]

Пространственно-модулированное освещение SMI

[ редактировать ]

Примерно в 1995 году он начал разработку метода световой микроскопии, который позволил существенно улучшить размерное разрешение клеточных наноструктур, окрашенных флуоресцентным маркером. На этот раз он применил принцип широкопольной микроскопии в сочетании со структурированным лазерным освещением (пространственно-модулированное освещение, SMI). [22] [23] [24] В настоящее время достигается размерное разрешение 30–40 нм (примерно 1/16–1/13 используемой длины волны). Кроме того, эта технология больше не подвергается ограничениям скорости фокусирующей микроскопии, поэтому становится возможным проводить трехмерный анализ целых клеток за короткое время наблюдения (на данный момент около нескольких секунд). Устранение неоднозначности SMI: S = пространственно, M = модулировано, I = освещение. [25]

Локализация микроскопии СПДМ

[ редактировать ]

Также примерно в 1995 году Кремер разработал и реализовал новые подходы к широкопольной микроскопии, основанные на флуоресценции, целью которых было улучшение эффективного оптического разрешения (с точки зрения наименьшего обнаруживаемого расстояния между двумя локализованными объектами) до доли обычного разрешения (спектрального разрешения). прецизионная микроскопия определения расстояния/положения, SPDM. Устранение неоднозначности SPDM: S = спектральная, P = прецизионная, D = расстояние, M = микроскопия). [26] [27] [28]

Локализация микроскопии СПДМфимод

[ редактировать ]

С помощью этого метода можно использовать обычные, хорошо зарекомендовавшие себя и недорогие флуоресцентные красители, такие как GFP, RFP, YFP, Alexa 488, Alexa 568, Alexa 647, Cy2, Cy3, Atto 488 и флуоресцеин. [29] [30] в отличие от других технологий локализационной микроскопии, которым необходимы две длины волны лазера, когда используются специальные фотопереключаемые/фотоактивируемые флуоресцентные молекулы. Еще одним примером использования SPDMphymod является анализ частиц вируса табачной мозаики (ВТМ). [31] [32] или взаимодействие вируса и клетки. [33] [34]

Устранение неоднозначности SPDMphymod: S = Спектральный, P = Точность D = Расстояние, M = Микроскопия, phy = физически, mod = модифицируемый

3D световая микроскопическая наноразмерная микроскопия (LIMON)

[ редактировать ]

Сочетание SPDM и SMI, известное как микроскопия LIMON. [30] Кристоф Кремер в настоящее время может достичь разрешения прибл. 10 нм в 2D и 40 нм в 3D на широкопольных изображениях целых живых клеток. [35] Широкопольные 3D-наноизображения целых живых клеток в настоящее время по-прежнему занимают около двух минут, но работа по дальнейшему сокращению этого времени уже ведется. Vertico-SMI на данный момент является самым быстрым оптическим 3D-наноскопом для трехмерного структурного анализа целых клеток в мире. [24] В качестве биологического применения в двухцветном трехмерном режиме было достигнуто пространственное расположение кластеров Her2/neu и Her3. Положения белковых кластеров во всех трех направлениях удалось определить с точностью около 25 нм. [36]

  1. ^ «Отдел физики и астрономии» . www.physik.uni-heidelberg.de . Проверено 22 декабря 2021 г.
  2. ^ [1] Почетное профессорство Кристофа Кремера из IMB.
  3. ^ Преподаватели физического факультета Университета Иоганна Гутенберга в Майнце https://www.iph.uni-mainz.de/lehrende/
  4. ^ Оптика IMB Майнц, Лаборатория Кремера https://www.optics.imb-mainz.de/
  5. ^ Герра, Джон М. (26 июня 1995 г.). «Сверхразрешение благодаря освещению затухающими волнами, рожденными дифракцией» . Письма по прикладной физике . 66 (26): 3555–3557. дои : 10.1063/1.113814 . ISSN   0003-6951 .
  6. ^ «Световая микроскопия сверхразрешения | Профессор Кристоф Кремер | Световая оптическая наноскопия с помощью локализационной микроскопии и структурированного освещения» . Архивировано из оригинала 6 февраля 2020 года . Проверено 1 октября 2020 г.
  7. ^ https://www.imb.de/research-at-imb/cremer/research/ [ мертвая ссылка ]
  8. ^ Доктор Кристоф Кремер | Институт Макса Планка по исследованию полимеров, Германия | СТЭМ | КС, апрель 2021 г. https://www.youtube.com/watch?v=L0EMIQzyIAE
  9. ^ ORCHID Connecting Research & Researches, биография Кристофа Кремера https://orcid.org/0000-0002-2090-6905
  10. ^ Мероприятия Королевского общества микроскопии 2021 года https://www.rms.org.uk/rms-event-calendar/2021-events/imaging-oneworld-spatially-modulated-illumination.html
  11. ^ Перейти обратно: а б с К. Кремер и Т. Кремер (1978): Соображения по поводу лазерного сканирующего микроскопа с высоким разрешением и глубиной резкости Microscopea Acta VOL. 81 НОМЕР 1 сентября, стр. 31–44 (1978).
  12. ^ Кремер, Т.; Кремер, К. (2006). «Взлет, падение и воскрешение хромосомных территорий: историческая перспектива. Часть II. Падение и возрождение CT в период с 1950-х по 1980-е годы. Часть III. Хромосомные территории и функциональная ядерная архитектура: эксперименты и модели с 1990-х по настоящее время. В» . Европейский журнал гистохимии . 50 : 223–272.
  13. ^ К. Кремер и Т. Кремер (1978): Соображения по поводу лазерного сканирующего микроскопа с высоким разрешением и глубиной резкости Microscopea Acta VOL. 81 НОМЕР 1 сентября, стр. 31–44 (1978).
  14. ^ Нобелевская премия по химии 2014 г. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2014/hell/biographical/
  15. ^ Черт, С.; Линдек, С.; Кремер, К.; Стельцер, EHK (1994). «Измерение функции рассеяния конфокальной точки 4pi доказывает осевое разрешение 75 нм». Письма по прикладной физике . 64 (11): 1335–1337. Бибкод : 1994ApPhL..64.1335H . дои : 10.1063/1.111926 .
  16. ^ Ханнинен, ЧП; Черт, ЮВ; Сало, Дж.; Сойни, Э.; Кремер, К. (1995). «Конфокальный микроскоп 4Pi с двухфотонным возбуждением - микроскоп с повышенным осевым разрешением для биологических исследований». Письма по прикладной физике . 68 (13): 1698–1700. Бибкод : 1995ApPhL..66.1698H . дои : 10.1063/1.113897 .
  17. ^ Кремер, К.; Кремер, Т. (1974). «Ультрафиолетовый лазерный микролуч на 257 нм/А аппарат лазерно-УФ микрооблучения на 257 нм». Микроскопика Акта . 75 (4): 331–337.
  18. ^ Лос-Шардин, М.; Кремер, К.; Нюсляйн-Фольхард, К. (1979). «Карта судьбы личиночного эпидермиса Drosophila melanogaster: локализованные дефекты кутикулы после облучения бластодермы ультрафиолетовым лазерным микролучом». Биология развития . 73 (2): 239–255. дои : 10.1016/0012-1606(79)90065-4 . ПМИД   115734 .
  19. ^ Нюсляйн-Фольхард, К.; Лос-Шардин, М.; Кремер, К. (1980). «Дорсо-вентральный сдвиг эмбриональных зачатков у нового мутанта дрозофилы с материнским эффектом». Природа . 283 (5746): 474–476. Бибкод : 1980Natur.283..474N . дои : 10.1038/283474a0 . ПМИД   6766208 . S2CID   4320963 .
  20. ^ Кремер С, Кремер Т (1971) Точечные голограммы: физические принципы и возможные применения. Приложение к заявке на патент DE 2116521 «Способ получения изображений и модификации деталей объектов с размерами за пределами видимых длин волн». Подано 5 апреля 1971 г.; дата публикации 12 октября 1972 г. Патентное ведомство Германии, Берлин. http://depatisnet.dpma.de/DepatisNet/depatisnet?action=pdf&docid=DE000002116521A
  21. ^ «Биомедицинские применения микроскопии сверхвысокого разрешения» . Архивировано из оригинала 13 октября 2016 года . Проверено 13 октября 2016 г.
  22. ^ Хайнцманн, Р.; Кремер, К. (1999). «Микроскопия с латеральным модулированным возбуждением: улучшение разрешения за счет использования дифракционной решетки ». Учеб. ШПИОН . 3568 : 185–196. Бибкод : 1999SPIE.3568..185H . дои : 10.1117/12.336833 . S2CID   128763403 .
  23. ^ Патент США 7 342 717, подан 10 июля 1997 г.: Кристоф Кремер, Майкл Хаусманн, Иоахим Брэдл, Бернхард Шнайдер Волновой полевой микроскоп с функцией распределения точки обнаружения.
  24. ^ Перейти обратно: а б Бэддели, Д.; Батрам, К.; Вейланд, Ю.; Кремер, К.; Бирк, UJ (2007). «Анализ наноструктур с использованием микроскопии с пространственно-модулированным освещением». Протоколы природы . 2 (10): 2640–2646. дои : 10.1038/nprot.2007.399 . ПМИД   17948007 . S2CID   22042676 .
  25. ^ Бест, Г; Амбергер, Р; Бэддели, Д; Ах, Т; Дитмар, С; Хайнцманн, Р; Кремер, К. (2011). «Микроскопия структурированного освещения автофлуоресцентных агрегатов в тканях человека». Микрон . 42 (4): 330–335. дои : 10.1016/j.micron.2010.06.016 . ПМИД   20926302 .
  26. ^ Брэдл, Дж.; Ринке, Б.; Эса, А.; Эдельманн, П.; Кригер, Х.; Шнайдер, Б.; Хаусманн, М.; Кремер, К. (1996). Биджио, Ирвинг Дж; Грундфест, Уоррен С; Шнекенбургер, Герберт; Сванберг, Катарина; Виалле, Пьер М. (ред.). «Сравнительное исследование точности трехмерной локализации в традиционной конфокальной лазерной сканирующей и акситомографической флуоресцентной световой микроскопии». Учеб. ШПИОН . Оптическая биопсия и микроскопические методы. 2926 : 201–206. Бибкод : 1996SPIE.2926..201B . дои : 10.1117/12.260797 . S2CID   55468495 .
  27. ^ Патент США 6 424 421, подан 23 декабря 1996 г.: Кристоф Кремер, Майкл Хаусманн, Иоахим Брэдл, Бернд Ринке. Метод и устройства для измерения расстояний между структурами объектов.
  28. ^ Хайнцманн, Р.; Мунк, Х.; Кремер, К. (1997). «Высокоточные измерения в эпифлуоресцентной микроскопии – моделирование и эксперимент». Клеточное зрение . 4 : 252–253.
  29. ^ Мануэль Гункель, Фабиан Эрдель, Карстен Риппе, Пауль Леммер, Райнер Кауфманн, Кристоф Хёрманн, Роман Амбергер и Кристоф Кремер: Двухцветная локализационная микроскопия клеточных наноструктур . В: Биотехнологический журнал , 2009, 4, 927–938. ISSN 1860-6768
  30. ^ Перейти обратно: а б Рейманн, Дж; Бэддели, Д; Гункель, М; Леммер, П; Штадтер, В; Джегу, Т; Риппе, К; Кремер, К; Бирк, Ю (май 2008 г.). «Высокоточный структурный анализ субъядерных комплексов в фиксированных и живых клетках с помощью микроскопии с пространственно-модулированным освещением (SMI)» . Хромосомные исследования . 16 (3): 367–82. дои : 10.1007/s10577-008-1238-2 . ПМИД   18461478 .
  31. ^ Кремер, Р. Кауфманн, М. Гункель, С. Прес, Ю. Вейланд, П-Мюллер, Т. Рукельсхаузен, П. Леммер, Ф. Гейгер, С. Дегенхард, К.веге, Н-АВ Леммерманн, Р. Холтаппельс, Х. Стрикфаден, М. Хаусманн (2011): Визуализация биологических наноструктур со сверхразрешением с помощью спектральной прецизионной дальней микроскопии: Биотехнология 6: 1037–1051.
  32. ^ Мануэль Гункель, Фабиан Эрдель, Карстен Риппе, Пол Леммер, Райнер Кауфманн, Кристоф Хёрманн, Роман Амбергер и Кристоф Кремер (2009): Двухцветная локализационная микроскопия клеточных наноструктур . В: Биотехнологический журнал, 2009, 4, 927–938. ISSN 1860-6768
  33. ^ К. Кремер, Р. Кауфманн, М. Гункель, Ф. Полански, П. Мюллер, Р. Диркес, С. Дегенхард, К. Веге, М. Хаусманн, У. Бирк: «Перспективы применения локализационной микроскопии в вирусологии» , Гистохимическая клеточная биол (2014)
  34. ^ Цяоюнь Ван, Рюдигер Дьеркес, Райнер Кауфманна, Кристоф Кремер: «Количественный анализ отдельных кластеров рецепторов фактора роста гепатоцитов в эпителиальных клетках человека, инфицированных вирусом гриппа А, с использованием локализационной микроскопии» Biochimica et Biophysical Acta (2014)
  35. ^ П. Леммер, М.Гункель, Д.Баддели, Р. Кауфманн, А. Урих, Ю. Вейланд, Дж.Рейманн, П. Мюллер, М. Хаусманн, К. Кремер (2008): SPDM - световая микроскопия с одиночным Разрешение молекул на наноуровне: в журнале Applied Physics B , том 93, стр. 1–12.
  36. ^ Кауфманн, Райнер; Мюллер, Патрик; Хильденбранд, Георг; Хаусманн, Майкл; Кремер, Кристоф (2010). «Анализ кластеров мембранных белков Her2/neu в различных типах клеток рака молочной железы с использованием локализационной микроскопии». Журнал микроскопии . 242 (1): 46–54. дои : 10.1111/j.1365-2818.2010.03436.x . ПМИД   21118230 . S2CID   2119158 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 4f58487f2f13c07d17d55c385d40d44d__1718318700
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/4f/4d/4f58487f2f13c07d17d55c385d40d44d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Christoph Cremer - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)