Innovation 14 - I Life Sciences Schlüsseltechnologie: FluoresScience I Moderne Operationsmikroskope und Methoden - Zeiss
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Das Magazin von Carl Zeiss
Innovation
ISSN 1431-8040
14
■ Life Sciences Schlüsseltechnologie: FluoresScience
■ Moderne Operationsmikroskope und Methoden
■ Rund ums Auge
Inhalt
Editorial
Optik in allen Bereichen des modernen Lebens 3
Im Fokus
Das Phänomen Fluoreszenz 4
Licht auf neuen Wegen –
Bewegende Momente in der konfokalen Mikroskopie ❚ Dr. Gerald Kunath-Fandrei 11
(Lebende) Zellen sichtbar machen 14
Vom Anwender
OPMI Pentero – das Operationsmikroskop der Zukunft 18
Innovative Dentalmikroskopie in Japan: Patientenkommunikation wird immer wichtiger ❚ Dr. Mitsuhashi 22
Augenoptik in Anwendung
Ophthalmologie, Vision 2020 26
Multimedia-Beratung beim Augenoptiker 30
Schmutzabweisende Oberflächen: Nanotechnologie auf dem Brillenglas 32
Rund, eckig, Kunststoff, Metall, farbig… welche Brille passt zu mir? 34
Reale und virtuelle Welten verschmelzen 36
Durchblick mit Datenbrille: HMDs von Carl Zeiss 38
Leserbefragung
Die Leserbefragung 39
Aus aller Welt
Im Süden viel Neues – Tiefseefauna bei Neuseeland ❚ Dr. Birger Neuhaus, Dr. Carsten Lüter, Jana Hoffmann 40
Schlammpackung für David 44
Die Identifikation von Farbpigmenten ❚ Marcello Picollo 46
Per Express zum Mars 50
Carl Zeiss nimmt Kontakt zum Kometen Churyumov-Gerasimenko auf 52
Zeiss’sche Asteroiden im Weltraum 55
Auszeichnungen
reddot Design Award 56
Photonics Circle Of Excellence Award und R&D 100 Award 56
R&D 100 Award 57
Produktreport
Für passionierte Fotografen: Zeiss Ikon 58
T* ZM-Bajonett Objektive 58
Zeiss Victory FL – neue Dimensionen der Beobachtung 58
Ein neues Zeitalter der digitalen Fluoreszenzmikroskopie: Axio Imager 59
Die neue Dimension in der Fluoreszenz-Stereomikroskopie 59
Impressum 59
2 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004
Editorial
Optik in allen Bereichen
des modernen Lebens
Zu Beginn des dritten Jahrtausends, am Anfang des Optik als Plattform
21. Jahrhunderts, gibt es nur wenige Lebensbereiche, die für die virtuelle Realität
nicht in irgendeiner Weise von Techniken, die Licht als In-
formation und zur Kommunikation nutzen, berührt wer- Modernes Leben und effiziente Arbeitsprozesse erfordern
den. Nicht umsonst spricht man häufig vom Jahrhundert immer schneller und umfassender zur Verfügung stehen-
des Photons. Auf Schritt und Tritt begegnen wir – oftmals de Informationen. Möglich wird das unter anderem auch
unbemerkt – der Optik. Selbst Prozesse, die vordergrün- mit Datenbrillen, die die real betrachtete Umgebung mit
dig nicht mit Optik in Verbindung gebracht werden kön- virtuellen Objekten und Darstellungen überlagern. Der
nen, sind oftmals erst durch deren Einsatz möglich: die Automechaniker der Zukunft sieht so einerseits die Repa-
Chipindustrie wäre ohne optische Systeme nicht möglich. raturanleitung eines Motors und andererseits den realen
Viele Beiträge in dieser Ausgabe sind hierfür ein Indiz. Motor.
Fluoreszenztechniken spüren Moderne optische Techniken
molekulare Zusammenhänge auf für alte Kunstwerke
Naturwissenschaftler suchen von jeher Antworten auf Mit optischen Untersuchungsmethoden, beispielsweise
Fragen zum Aufbau und der Funktionalität von Organen Mikroskopie, werden heute Kunstwerke vor einer geplan-
und Geweben, von einzelnen Zellen und Zellbestandtei- ten Restaurierung eingehend untersucht. Solche Unter-
len. Und viele Wege führen zum Ziel. Fluoreszenzmikro- suchungsergebnisse tragen stets zur Auswahl der einsetz-
skopische Bilder machen Strukturen und Funktionen baren Restaurationsmethoden bei. Michelangelo stellte in
sichtbar. Schon lange ist die Fluoreszenzmikroskopie über Florenz vor genau 500 Jahren die weltberühmte Skulptur
die Untersuchung von Bakterien und Viren hinaus. Sie ist David fertig. Der David aus der biblischen Sage von David
heute und in Zukunft eines der wichtigsten Forschungs- und Goliath. Nach eingehender Prüfung verschiedener
werkzeuge in den Naturwissenschaften geworden. Fluo- Methoden ist nun die Restauration abgeschlossen.
reszenztechniken sind die Grundlage vieler moderner
Methoden in den Life Sciences. Modernste Mikroskop- Optik für den
systeme erkennen schwächste Fluoreszenzsignale, lösen passionierten Fotografen
überlappende Fluoreszenzspektren auf und dokumentie-
ren mit höchster Geschwindigkeit und Präzision dynami- Nicht von ungefähr weckt der Name der ersten Photo-
sche Prozesse. Carl Zeiss – von Anfang an wegweisend in kamera aus dem Hause Carl Zeiss Erinnerungen an die
der Entwicklung der Fluoreszenzmikroskopie – stellt die große Zeit der deutschen Photoindustrie. Hinter dem
weltweit führenden Technologien für die Fluoreszenz zur Namen steckt ein sorgfältig durchdachtes Kamerasystem,
Verfügung. Unserem Fokus auf die Schlüsselmethode mit dem Anspruch, die Messsucherkamera neu zu defi-
haben wir einen Namen gegeben: FluoresScience von nieren. Schon das eigenständige Design spricht dafür,
Carl Zeiss. dass Carl Zeiss dies gelungen ist. Vor allem sind es jedoch
die einfache Handhabung und viele technische Aspekte
Optik in der Medizin der Kamera sowie die Leistung der Objektive, die diesen
Anspruch untermauern.
Chirurgische Eingriffe in aller Welt werden seit einem hal-
ben Jahrhundert durch Operationsmikroskope aus dem Oktober 2004
Hause Carl Zeiss unterstützt. Die Ansprüche der Chirur-
gen an Operationsmikroskope haben sich im Laufe der
Zeit von einer klassischen Vergrößerungshilfe hin zu einer
Informations- und Kommunikationszentrale verändert.
Die Aussagen einer ganzen Reihe von Nutzern vermitteln
eine überaus positive Resonanz des Carl Zeiss Konzepts
für Operationsmikroskope. Dr. Dieter Brocksch
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 3
Das Phänomen Fluoreszenz
Bild 1: Von jeher suchen Biologen und Leuchterscheinungen absorbiert, dann mehr oder weniger
Gliazellkultur aus den
optischen Nerven (Sehnerv)
Mediziner Antworten auf die Fra- lang gespeichert, regen im weiteren
eines Goldfisches. Astrocy- gen: Wie ist die Zelle aufgebaut? Lumineszenz (lateinisch lumen = Licht) Verlauf Elektronen zu Quantensprün-
ten wurden mit einem Anti- Welche Bausteine sind zuständig ist die Fähigkeit eines Körpers zu gen in ein höheres Energieniveau an
serum gegen GFAP (glial
fibrillary acidic protein),
für welche Prozesse? Wie funk- leuchten, wenn er von einer Licht- und senden schließlich beim Zurück-
einem Intermediärfilament, tioniert die einzelne Zelle? Wie quelle angestrahlt wird. Streng wis- kehren dieser Elektronen in ihr vor-
identifiziert (grüne Fluo- agiert die Zelle im Gewebever- senschaftlich ausgedrückt handelt es heriges, tieferliegende Niveau neues,
reszenz). Oligodendrocyten
exprimieren Myelin-spezi-
band? sich um die optische Strahlung eines energieärmeres Licht von größerer
fische Ganglioside auf ihrer Antworten gibt den Forschern – physikalischen Systems, die beim Wellenlänge im sichtbaren Bereich
Oberfläche, die mit einem neben vielen anderen Untersu- Übergang von einem angeregten Zu- aus. Leuchterscheinung und Anstrah-
monoklonalen Antikörper
nachgewiesen wurden (rote
chungsmethoden – auch die Fluo- stand zum Grundzustand entsteht. lung sind streng gekoppelt: wird der
Fluoreszenz). Alle Zellkerne reszenzmikroskopie. Ihre Bilder Durch die Anregung im UV-, IR- oder Körper nicht mehr angestrahlt, so
sind mit DAPI blau gefärbt. helfen, den Aufbau der Zelle und sichtbaren Bereich des Lichts wird ei- verschwindet auch die Leuchterschei-
ihrer Bestandteile sowie die Me- ne Lichtemission ausgelöst. nung.
Aufnahme:
Prof. Dr. Martin Bastmeyer, chanismen in ihr zu verstehen. Eigen-, Primär- und Sekundärfluo-
FSU Jena Längst ist die Fluoreszenzmikro- Phosphoreszenz und reszenz stellen Variationen der Fluo-
skopie über die Untersuchung Fluoreszenz reszenz dar. Und die Fluoreszenz wird
von Bakterien und Viren hinaus manchmal auch als Photolumines-
zu einem der wichtigsten Werk- Die Lumineszenz lässt sich in zwei zenz bezeichnet.
zeuge für die Forschung in der Phänomene unterteilen: Phosphores- Setzt eine chemische Reaktion
Medizin, in Naturwissenschaften zenz und Fluoreszenz. Bei der Phos- Energie frei, kann diese auch in Form
geworden. Fluoreszenz ist heute phoreszenz hält das Leuchten des von Licht erfolgen: Chemolumines-
die Grundlage vieler moderner Körpers an, auch wenn er nicht mehr zenz oder Chemisches Licht genannt.
Methoden in den Life Sciences. angestrahlt wird. Fluoreszenz ist die Ein bekanntes Beispiel ist das von der
Fähigkeit bestimmter chemischer Polizei eingesetzte Luminol, das in
Substanzen, kurzwellige Lichtenergie Verbindung mit Blut blaugrün leuch-
aufzunehmen und scheinbar gleich- tet. Eine besondere Art der Chemie-
zeitig als langwelliges Licht wieder lumineszenz ist die Biolumineszenz.
abzustrahlen: unsichtbare, kurzwelli- Als Biolumineszenz bezeichnet man
ge Lichtanteile etwa des Tageslichtes in der Biologie die Fähigkeit von Lebe-
mit hoher Energie (z.B. UV-Licht oder wesen, selbst oder mit Hilfe von Sym-
Röntgenstrahlung) werden zunächst bionten Licht zu erzeugen.
Kurze Geschichte der Fluoreszenz Viele Jahrhunderte
später beobachtete Nicolás
Monardes (1493-1588)
Das Phänomen Fluoreszenz wurde bereits vor Tausenden von Jahren am Extrakt von Lignum
beobachtet. Aber erst heute verstehen wir die Erscheinung und können nephriticum – ein damals
empfohlenes Arzneimittel
den Vorgang kontrollieren und nutzen. Erscheinungen, die wir heute bei Nierenbeschwerden –
mit den Begriffen Fluoreszenz und Phosphoreszenz bezeichnen, wurden im Jahre 1565 erstmals
schon 1500 Jahre vor Christus in chinesischen Büchern erwähnt. Lumineszenzerscheinungen.
Nicolás Monardes
1493 –1588
4 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004
Athanasius Kircher Johann Wilhelm Ritter In seiner „Farbenlehre“
(1602-1680) beschreibt in (1776-1810) entdeckte beschreibt auch Johann
seinem Buch „Ars Magna beim Experimentieren mit Wolfgang von Goethe
Lucis et Umbrae“ die Silberchlorid an der (1749-1832) die fluoreszie-
Wirkung eines Holz- Universität Jena 1801 das renden Lichterscheinungen.
extrakts von Lignum ne- ultraviolette Ende des Er fordert die Leser auf „…
phriticum in Wasser und Spektrums. tauche ein frisches Stück
erörtert die Nutzung von Baumrinde der Rosskasta-
Glühwürmchen als Haus- nie in ein Glas mit Wasser,
beleuchtung. sofort erscheint eine rein
himmelblaue Farbe.“
Athanasius Kircher Johann Wilhelm Ritter Johann Wolfgang v. Goethe
1602 –1680 1776 –1810 1749 –1832
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 5
Der Erfinder des Kaleido- 1845 entdeckte Sir Sir George Gabriel Stokes
skops, Sir David Brewster John Frederick William (1819-1903) bezeichnet
(1781-1868), beschreibt Herschel (1792-1871) 1852 die Leuchterschei-
1833 die rote Strahlung das Phänomen der nung des Minerals Fluss-
von Chlorophyll. Fluoreszenz in einer spat (Calciumfluorid) als
Chininlösung. Fluoreszenz.
Sir David Brewster Sir John Frederick William Herschel Sir George Gabriel Stokes
1781 –1868 1792 –1871 1819 –1903
6 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004
Biolumineszenz ist somit eine spezielle reniformis. Aequorea victoria verwen-
special
Art der Lumineszenz, die verschiede- det Aequorin, ein Ca2+-abhängiges FluoresScience von Carl Zeiss
ne Funktionen im Tier- und Pflanzen- primäres Photoprotein. Da es im Lau-
reich erfüllt. Dazu gehört einerseits fe der Reaktion nicht wie das Lucife- Fluoreszenzmikroskopie – die Schlüsseltechnik vieler
das Anlocken von Beute, aber auch rin chemisch umgewandelt wird, son- moderner Methoden in den Life Sciences um Lebens-
Partnern. Warn- und Droh- sowie dern nach der Emission des Lichts in funktionen sichtbar zu machen. Mit immer differenzier-
Kommunikationssignale sind andere seinen Ausgangszustand zurück- teren Fluoreszenzanwendungen kommt die Forschung
Funktionen. Biolumineszenz wird in gelangt, ist es unbegrenzt wiederver- den molekularen Zusammenhängen im Zellinneren Bild
der Natur auch als Abschreckung und wertbar. Das grüne Leuchten dieser für Bild auf die Spur.
Tarnung eingesetzt. Bekannt sind Quallen entsteht durch die Kombina-
Phänomene wie das Meeresleuchten, tion von GFP (Green Fluorescent Carl Zeiss war von Anfang an wegweisend in der Ent-
verursacht von Plankton wie bei- Protein) mit dem Aequorin. wicklung der Fluoreszenzmikroskopie. Mikroskopop-
spielsweise der Dinoflagellat Noctilu- Gentechnisch modifizierte GFP-Va- tische Systeme machen heute schwächste Fluoreszenz-
ca, die auf Strömungsveränderungen rianten spielen eine tragende Rolle in signale erkennbar, lösen überlappende Fluoreszenz-
mit der Aussendung von Licht reagie- der aktuellen naturwissenschaftlichen spektren auf und dokumentieren mit höchster Auf-
ren. Leuchtkäfer, Leuchtkrebse und Forschung. Bereits 1994 wurde ge- nahmegeschwindigkeit dynamische Lebensprozesse.
Fische nutzen die Biolumineszenz für zeigt, dass GFP mit anderen Protei- Komplexe Applikationen werden breiten Anwender-
vielfältige Funktionen. Auch Leucht- nen gekoppelt werden kann ohne gruppen zugänglich gemacht.
bakterien sind bekannt. Das Bakte- dass die fluoreszierenden Eigen-
rium Vibrio Fischeri vermehrt sich z. B. schaften von GFP verloren gehen und Die wachsenden Anforderungen an mikroskopoptische
auf toten Salzwasserfischen und lässt ohne dass die Funktion der Proteine, Systeme sind mit LSM 5 LIVE und Axio Imager pro-
sich leicht beobachten, wenn man an die GFP gekoppelt wurde, verlo- blemlos realisierbar. Unserem Fokus auf die Schlüssel-
einen toten Salzhering einige Zeit ren geht. methode in der Erforschung des Lebens haben wir
aufbewahrt. Häufig wird die Biolumi- Weitere Lumineszenzarten sind die einen Namen gegeben: FluoresScience von Carl Zeiss.
neszenz durch Oxidation des Natur- Elektro- und die Kathodolumines-
stoffs Luciferin unter Mithilfe des En- zenz. Bei der Elektrolumineszenz er-
zyms Luciferase Energie in Form von folgt die Anregung durch elektri-
Licht freigesetzt. schen Strom wie beispielsweise bei
Eine etwas andere Art der Licht- Leuchtdioden. Im Falle der Kathodo- Bild 2:
Kleinhirn (Ratte), Super-
erzeugung, nämlich durch Photopro- lumineszenz wird durch den Beschuss oxiddismutase (blau),
teine, verwenden die Qualle Aequo- mit Elektronen angeregt (Beispiel: Glial Fibrillary Acidic
rea victoria und die Koralle Renilla Fernsehbildschirm). Protein (gelb)
Institut für Medizinische
Neurobiologie Magdeburg.
Max Haitinger Alexander Jablonski Albert Hewett Coons
(1868–1946) prägte 1911 (1898-1980) stellt 1935 (1912-1978) und Melvin
den Begriff Fluorochrom sein Modell zur Erklärung Kaplan entwickeln ab 1950
und gilt als Begründer der Fluoreszenz vor: die Immunfluoreszenz-
der modernen Fluores- Ein Fluorochrom besitzt technik, die in den Natur-
zenzmikroskopie und der unterschiedliche energeti- wissenschaften zu Auf-
Fluorochromierungs- sche Formen, sogenannte sehen erregenden Ergeb-
technik. Singulett-Zustände nissen auf dem Gebiet der
(S0, S1, S2...). Zellforschung führte.
Max Haitinger Alexander Jablonski Albert Hewett Coons
1868–1946 1898 –1980 1912 –1978
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 7
Bild 3: Fluoreszenz ist die Grundlage vieler
details
Endothelzellen, Kern
(blau: DAPI), F-Aktin
moderner Methoden in den Life
(grün: Bodipy-Fl), Sciences. Insbesondere die fluoreszie- Nominierung für den Deutschen
Mitochondrien renden Proteine mit Beginn der Zukunftspreis
(rot: Mitotracker Red).
1990er Jahre zu einer Schlüsselme-
thode bei der Suche nach den Ge- Das Entwicklerteam um Dr. Ulrich Der Deutsche Zukunftspreis wird
heimnissen des Lebens geworden. Simon, Dr. Bernhard Zimmermann als Preis für Technik und Inno-
Mit immer neueren und differenzier- und Ralf Wolleschensky aus vation vom Bundespräsidenten
teren Fluoreszenzanwendungen wie dem Unternehmensbereich Mikro- verliehen. Mit dem Preis werden
FRET, FRAP oder FlAsH ist man heute skopie ist für die marktreife Ent- jährlich in einem nationalen
den molekularen Zusammenhängen wicklung des Laser Scanning Leistungsvergleich hervorragende
im Zellinneren auf der Spur. Mikroskops LSM 510 META für technische, ingenieur- oder natur-
Anfangs wurde die Fluoreszenzmi- den Deutschen Zukunftspreis wissenschaftliche Innovationen
kroskopie als so genannte Durchlicht- 2004 nominiert worden. ausgezeichnet. Eine Bewerbung
Fluoreszenzmikroskopie praktiziert. um den Preis ist ausgeschlossen.
Die um ein Vielfaches effizientere Das Vorschlagsrecht zum Deut-
Auflicht-Fluoreszenzmikroskopie löste schen Zukunftspreis obliegt den
das Durchlichtverfahren weitgehend führenden deutschen Einrich-
ab. tungen aus Wissenschaft und
Das moderne Auflichtverfahren Wirtschaft. Das Projekt „LSM 510
hat einen entscheidenden optischen META“ wurde vom Bundesver-
Vorteil: Das Objektiv wirkt zugleich band der Deutschen Industrie
auch als Kondensor. Damit ist der vorgeschlagen.
Lichtstrahl optimal ausgerichtet.
www.zeiss.de
www.deutscher-zukunftspreis.de
www2.uni-jena.de/biologie/zoologie
Fluoreszenzoptische Instrumente von Carl
1904 1913 1935 1982
August Köhler veröffentlicht seine Arbeiten Der erste Apparat, um die Fluoreszenz sichtbar Mit dem Lumineszenzmikroskop nach Die Entwicklung des ersten Laser-Scan-
über das Ultraviolett-Mikroskop. zu machen und auch zu messen, wurde durch Ellinger-Hirt wurde hauptsächlich Intravital- Mikroskops durch Carl Zeiss legte die Basis
Entwicklungen von H. Lehmann und Stanis- mikroskopie betrieben. für die heute hochaktuelle dreidimensionale
laus von Prowazek ab 1913 vorangetrieben. Das Rekonstruktion von Zellstrukturen in der
erste optische Gerät, das noch den Namen Fluoreszenzmikroskopie.
Lumineszenzmikroskop trug, stellte Carl Zeiss
schon 1913 vor.
8 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004
Zeiss
1986 2001 2002 2004
Mit der Konstruktion der Mikroskope der Im LSM 510 META ist eine optimale Mit ApoTome können in der konventio- Einhundert Jahre nach Köhlers Erfindung
Axio Baureihe in SI-Bauweise und mit der Umsetzung des konfokalen Prinzips wie nellen Mikroskopie optische Schnitte des „Ultraviolett-Mikroskops“ präsentiert
ICS-Optik leistete Carl Zeiss einen weiteren in keinem zweiten System realisiert. Es durch fluoreszenzmarkierte Proben – Carl Zeiss mit dem Mikroskop Axio Imager
wichtigen Beitrag für die Weiterentwicklung ermöglicht die Aufnahme von Mehrfach- z.B. zur dreidimensionalen Darstellung einen weiteren Meilenstein in der Fluores-
der Fluoreszenzmikroskopie. fluoreszenzen ohne Zugeständnisse an von Nervenzellen – sehr schnell in zenzmikroskopie.
Auflösung und Effizienz. höchster Qualität erstellt werden.
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 9
When was the last time
you saw something for the
first time?
Carl Zeiss: FluoresScience
The new generation of Carl Zeiss fluorescence imaging systems
will lead you to ground-breaking discoveries in live cell sciences.
zeiss.com/FluoresScienceLicht auf neuen Wegen – Bewegende
Momente in der konfokalen Mikroskopie
Biologen und Mediziner dringen gestellungen aus den Brennpunk-
immer weiter in die Welt des ten der Life Sciences wie z.B. der
Mikrokosmos vor. Innovative op- Zell- und Entwicklungsbiologie,
tische Mikroskopsysteme helfen, der Immunologie, der Virologie
Abläufe in Zellen besser zu ver- oder der Onkologie könnten zum
stehen und präzise Einblicke in ersten Mal mit dem Fokus auf die
zelluläre Wechselwirkungsmecha- Dynamik analysiert werden. Kon-
nismen zu gewinnen. sequent für die biomedizinische
Ein neues optisches Konzept Anwendung maßgeschneidert, lie-
von Carl Zeiss besitzt jetzt das Po- fert das neue Konzept einzigarti-
tenzial, die Frage nach der – bis- ge, hochaufgelöste Bildserien –
her eher vermuteten als exakt be- und das sowohl in Ort und Zeit.
schriebenen Geschwindigkeitsdy- Carl Zeiss öffnet damit ein neues
namik von Lebensprozessen neu Zeitfenster in der konfokalen Fluo-
zu adressieren. Wesentliche Fra- reszenzmikroskopie.
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 11Leben in Bewegung
Lebenszyklus Lebende Zellen kommunizieren blitz-
von Drosophila
Melanogaster schnell. Grundlage dafür sind elektro-
chemische Transportmechanismen,
wie sie z.B. in den neuronalen Schalt-
stellen des Gehirns ablaufen. Die
Schaltvorgänge dirigieren die mensch-
lichen Sinne, entscheiden über die
Zellteilung Lernfähigkeit, bestimmen das kreati-
befruchteter
Eizellen ve Potenzial oder rufen das Gedächt-
von Insekten nis ab. Zelluläre Stoffwechselvorgän-
ge steuern Atmungs- und Verdau-
ungsprozesse. Zelluläre Mobilität er-
möglicht komplexe Bewegungs- und
Entwicklungsabläufe.
Schnelle Reaktion Viele dieser fundamentalen Prozes-
von Nervenzellen se und Wechselwirkungen zwischen
auf äußere Reize Zellen, aber auch die Prozesse inner-
halb einer Zelle, werden bislang nur
in „Momentaufnahmen“ dokumen-
tiert. Viele einzelne, kontinuierlich auf
einer Zeitachse aneinandergereihte
„Momentaufnahmen“ lassen die Be-
wegung erahnen. Aber die lückenlose
Dokumentation der sich tatsächlich
abspielenden Dynamik in lebenden
Zellen – also der „Hochgeschwindig-
keitsfilm” – bleibt weitgehend ver-
borgen.
Strukturen
in Bewegung
Eine hohe Ortsauflösung ist vor allem
dann zwingend notwendig, wenn die
Kommunikations- und Interaktions-
prozesse von Zellstrukturen, Zellen
und Organismen im Detail verfolgt
und analysiert werden sollen. Wenn
sich zum Beispiel ein große Anzahl
1 sehr kleiner Organismen oder zellulä-
rer Partikel sehr schnell bewegen. Die
Bild 1: Größe vieler Bakterien und vor allem
Zeitkonstanten ausgewähl-
ter zellulärer Prozesse.
von Viren liegt nahe oder unterhalb
der lichtmikroskopischen Auflösungs-
grenze (Bakterien: 500 nm ... 2 m,
Viren: 20 nm ... 200 nm). Das bedeu-
12 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004tet, dass diese Organismen bzw. Par- Bild 2:
Bewegung von Erythro-
tikel zwar als „Lichtpunkte“ bzw. ein- blasten während eines
zelne Pixel im Lichtmikroskop lokali- Herzschlagzyklus im 8 Tage
siert werden können, sie sind aber alten Mausembryo.
GFP-Expression, Farb-
weder in Form noch in Struktur cha- kodierte Projektion über
rakterisiert. die Zeit, aufgenommen mit
Doch nicht nur diesen sehr kleinen 88 Bildern pro Sekunde,
Präparat: Dr. Mary
Strukturen ist man auf der Spur. Kon- Dickinson, Biological
fokale Mikroskope bestechen gerade Imaging Center, Caltech
durch ihre Fähigkeit, Objekte in ihrer Pasadena, USA.
Dreidimensionalität durch die Auf-
nahme von 3D-Bildstapeln aus vielen
optischen Schnitten zu erfassen. Alle
in der Natur vorkommenden Organis-
men sind dreidimensional und häufig
aus tausenden von Zellen aufgebaut.
Lebende Modellorganismen wie der
Fadenwurm Caenorhabditis elegans
und die Taufliege Drosphila melano-
gaster werden von den Biologen
wegen ihrer kurzen Lebenszyklen be-
vorzugt untersucht.
Der Forscher erhält so Resultate in
kurzer Zeit und mit vertretbarem Auf-
wand. Aber auch die Entwicklungs-
stadien differenzierter Modelle wie
Zebrafisch oder Maus werden von 2
Entwicklungsbiologen seit Jahren er-
forscht.
Solche Modellsysteme in 3D zu er- etwa 20-mal mehr als bisher, „filmt“ Mit dem neuen optischen Konzept
fassen und die zeitliche Veränderung das neue konfokale System bei des LSM 5 LIVE kann der Modellbau-
dieser räumlichen Komplexität in ho- gleichzeitig herausragender Bildqua- kasten der Natur umfassender und
her Bildaufnahmefrequenz und Emp- lität von 512 x 512 Bildpunkten und schneller als je zuvor charakterisiert
findlichkeit aufzuzeichnen, dies stellt einer außergewöhnlichen Empfind- werden: mikroskopische Bildserien,
höchste Ansprüche an jedes Fluo- lichkeit „bewegende Momente“. die endlich der räumlichen Komple-
rescence Imaging System. Mit dieser rasanten Scangeschwin- xität und der zeitlichen Dynamik die-
digkeit gelingt es nun, die Bewe- ser Lebewesen Rechnung tragen. Hat
Mikroskopie gungsbahnen von Zellorganellen, bisher der konfokale Mikroskopiker
in Bewegung Bakterien und Viren lückenlos zu ver- in der Regel ein hochaufgelöstes,
folgen. zweidimensionales Bild pro Sekunde
„Fundamentale Prozesse in der leben- Bei reduzierten Bildformaten (z.B. aufgenommen, bildet er jetzt in der
den Zelle lassen sich optimal nur in 512 x 50 Pixel) lassen sich jetzt kon- gleichen Zeit sein Untersuchungs-
Bewegung verfolgen und verstehen.“ fokale Bilder im Millisekunden-Takt objekt dreidimensional ab. Mit diesen
Diese Überlegung stand am Anfang aufnehmen, konfokale „Line scans“ schnellen 4D-Bildstapelserien können
eines neuen, bahnbrechenden konfo- sogar im Mikrosekunden-Takt. Damit Wissenschaftler jetzt einen exklusiven
kal-analytischen Gerätekonzepts von bleiben selbst schnelle „Geistesblit- Blick hinter die Kulissen des Lebens
Carl Zeiss: des LSM 5 LIVE. Mit bis zu ze“ in neuronalen Strukturen nicht werfen: brillanter und informativer
120 konfokalen Bildern pro Sekunde, länger im Dunkeln. als je zuvor.
Dr. Gerald Kunath-Fandrei, Carl Zeiss,
AIM-PM, www.zeiss.de. Beispiele und
weitere Informationen zum LSM 5 LIVE
finden Sie unter www.movingmoments.de.
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 13(Lebende) Zellen sichtbar machen
2 3
Mikroskope zählen zu den ältes-
ten wissenschaftlichen Instrumen-
ten, um die Strukturen des Le-
bens sichtbar zu machen. Ohne
sie wären die modernen Biowis-
senschaften undenkbar. Aber eines
der Hauptprobleme in der Mikro-
skopie biologischer Objekte ist
deren Kontrastarmut. Nur dort,
wo Kontrast vorhanden ist oder
wo ein solcher durch kontraststei-
gernde Mittel wie selektive Farb-
stoffe hergestellt werden kann,
lassen sich Strukturen sichtbar
machen. Im einfachen Lichtmikro-
skop – im sogenannten Hellfeld –
können nur gefärbte Proben op-
timal beobachtet werden. Wis-
senschaftler mussten deshalb lan-
ge Zeit ihre Proben entsprechend
präparieren und einfärben. Durch-
sichtig wie lebende Zellen sind,
konnten sie anfangs nicht ausrei-
chend gut beobachtet, dokumen-
tiert und analysiert werden. Erst
mit Hilfe zusätzlicher optischer
Komponenten drang man lichtmi-
kroskopisch in die Zellstrukturen
vor: lebende Zellen wurden sicht-
bar gemacht.
1
14 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004Bild 1:
Inverses Mikroskop
Axiovert 200.
Bild 2:
Zellen im Phasenkontrast
(Ph).
Bild 3:
Zellen im Differentiellen
Interferenzkontrast (DIC).
Bild 4a:
PC12 Zellen im Phasen-
kontrast.
Bild 4b:
PC12 Zellen kontrastiert
mit PlasDIC.
details
Zellen sind die kleinsten Funktionseinheiten eines
Körpers. Verschiedenen Zelltypen erfüllen verschie-
dene Aufgaben: jeder Zelltyp erfüllt eine ganz spe-
zielle Aufgabe. Die Körpergewebe setzen sich je
nach Funktion aus Zellen eines oder unterschiedlicher
Typen zusammen. Die Gewebe wiederum machen
die einzelnen Körperteile in ihrer jeweils spezifischen
Art und Weise funktionsfähig. Mit ähnlichen und
ergänzenden Funktionen bilden die Gewebe Organe.
Organe bilden Systemgruppen. Systemgruppen
4a 4b bilden letztendlich den Körper in seiner Gesamtheit.
Die Körper der Lebewesen auf der Erde, besonders
der menschliche Körper, stellen ein faszinierendes
Zellen – Cellulae – nannte der engli- Methode entwickelt: die Phasenkon- Gesamtkunstwerk von äußerster Komplexität dar.
sche Physiker Robert Hooke 1667 die trastmikroskopie. Das von Ernst Ru- Verschiedene Körpersysteme und deren Einzelteile
Strukturen, die er bei der Betrach- ska Mitte des 20. Jahrhunderts ent- ermöglichen im ständigen Zusammenspiel die Funk-
tung mit Hilfe einer Lupe an Kork- wickelte Elektronenmikroskop stieß tionen, die unser Leben ausmachen. Damit dieses
gewebe entdeckte. Bei der Beobach- dann die Tür in eine um den Faktor Zusammenspiel einwandfrei ablaufen kann, müssen
tung von Zellen konnte man im acht- 1000 kleinere Mikrowelt auf. Selbst die einzelnen Organe ähnlich wie alle Zahnrädchen
zehnten und neunzehnten Jahrhun- einzelne Untereinheiten von Eiweiß- und Bauteile einer Maschine – direkt oder indirekt
dert trotz schon verbesserter Mikro- molekülen werden damit sichtbar miteinander verbunden sein und miteinander
skope nicht viel erkennen. Zellen sind gemacht. kommunizieren. In seiner heutigen, dem jeweiligen
mit wenigen Ausnahmen durchsichti- Die Lichtmikroskopie schien da- Lebensraum angepassten „Bauweise“ ist dieses
ge Körper: ohne geeignete optische mals überholt. Aber im Elektronenmi- Zusammenspiel das Ergebnis eines langen evolutio-
Hilfsmittel sind sie mehr oder weni- kroskop kann nach langwierigen, nären Prozesses.
ger strukturlose Klumpen. Zu den aufwendigen Vorbereitungsschritten
Pionieren in der Nutzung der Mikro- nur tote, präparierte Materie betrach- Unter der Bezeichnung Tissue Engineering werden
skopie gehört beispielsweise der Bak- tet werden. Ganz anders im Licht- sowohl einfache Zellkulturen als auch in zunehmen-
teriologe Robert Koch, der unter dem mikroskop: mit dem Blick auf lebende dem Maße komplexere, dreidimensionale Zellsysteme
Mikroskop die Erreger von Tuberkulo- Zellen können Forscher „live“ dabei genutzt. Die moderne Zell- und Gewebekultur ist
se, Cholera und Milzbrand entdeckte. sein, wenn Zellen wachsen, sich tei- heute in den Naturwissenschaften unverzichtbar.
Koch nutzte als Erster ein von Ernst len oder fortbewegen. Ein entschei- Sie ist in allen naturwissenschaftlichen Forschungs-
Abbe entwickeltes Immersionsobjek- dender Vorteil für die modernen einrichtungen als eine Alternativmethode zum Tier-
tiv. Erst Mitte der 1930 Jahre wurde Naturwissenschaften des 21. Jahr- versuch etabliert. Die Bearbeitung vielfältiger wissen-
eine sinnvoll einsetzbare optische hunderts. schaftlicher Fragestellungen erfordert definierte
Zellpopulationen oder Einzelzellen, die nur in Kulturen
gewonnen, beobachtet und analysiert werden
können. Strukturelle und funktionale Ergebnisse aus
Zell- und Gewebekulturen gehen in die Grundlagen-
forschung ein.
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 15Bild 5:
Zellen mit Tusche gefärbt,
Hellfeld.
Bild 6:
Myocard-Zelle kontrastiert
mit VAREL.
Bild 7a:
Menschliche Eizellen
(ICSI-Verfahren, vor der
Injektion) kontrastiert
mit PlasDIC.
Bild 7b:
Menschliche Embryonen
kontrastiert mit PlasDIC. 5 6
Schiefe Beleuchtung Phasenkontrast Differential Inter-
ferenz Kontrast
Mit der schiefen Beleuchtung wurde Die erste, die biologische Forschung
bereits zu Beginn der Mikroskopie nachhaltig beeinflussende und verän- Die zweite bekannte und weltweit
versucht Präparate sichtbar zu ma- dernde optische Methode war das verwendete Methode zur Darstellung
chen. Um die schiefe Beleuchtung Phasenkontrastverfahren. Der hollän- ungefärbter Präparate wurde in den
zu realisieren, können verschiedene dische Physiker Frits Zernike ent- 1940er und 1950er Jahren begonnen
Techniken zum Einsatz kommen. Die wickelte dazu um 1935 das optische zu entwickeln. Die Entwicklung des
einfachste Methode ist die teilweise Prinzip des Phasenkontrastmikro- DIK (Differential Interferenz Kontrast)
geschlossene Kondensorblende oder skops. 1953 erhielt er dafür den Phy- geht zurück auf Untersuchungen bei
das Bild der Lichtquelle seitlich zu sik-Nobelpreis. Er verkaufte sein Pa- Reichert in Wien. Zuerst modifizier-
versetzen. tent an Carl Zeiss und so kamen An- ten 1955 Francis Smith und Maurice
fang 1940 die ersten Phasenkontrast- Françon ein Polarisationsmikroskop
einrichtungen auf den Markt. Die für den Zweck. Georges Nomarski
Zernike erhielt 1953 den Physik- Wissenschaftler waren mit dieser Er- gab den entscheidenden Anstoß: er
Nobelpreis für die von ihm findung einen großen Schritt weiter. änderte die Platzierung des Wollas-
angegebene Phasenkontrastme- Sie konnten nun sogar lebende Zellen ton-Prismas im Strahlengang. Mit
thode, im Besonderen für seine während der Teilung beobachten: dem Interferenz-Kontrast-Mikroskop
Erfindung des Phasenkontrast- Kurt Michel, Entwickler bei Carl Zeiss entstehen reliefartige Bilder. Diese Art
mikroskops. in Jena, drehte 1943 damit den ersten der Mikroskopie gehört heute zu den
Frits Zernike, Niederländischer Physiker Film einer mitotischen Zellteilung. Standard-Abbildungsverfahren.
Phasenkontrasteinrichtungen ergänz- Mikroskope mit Differential Inter-
ten ab Mitte des 20. Jahrhunderts die ferenz Kontrast nach Nomarski wur-
Lichtmikroskope und ermöglichten den von Carl Zeiss 1965 in den Markt
Nomarski entwickelte in den unter festen optischen Bedingungen eingeführt.
1950er Jahren das heute reproduzierbare Bildergebnisse zu er-
weltweit am häufigsten genutzte zielen. Das Phasenkontrast-Verfahren
DIC-System. ist das am weitesten verbreitete Ver-
fahren zur optischen Kontrastierung
transparenter Präparate.
Georges Jerzy Nomarski, Polnischer Physiker
und Optik-Theoretiker
16 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004details
Die meisten modernen High-
Tech-Mikroskope Elektronen und
Rastertunnelmikroskope bieten
zwar faszinierende Einblicke in
Nano-Welten, eignen sich jedoch
nicht dazu, lebende Zellen zu
untersuchen. Das bleibt bis auf
weiteres der Lichtmikroskopie
vorbehalten.
7a 7b
Hoffman PlasDIC Kohärenzblende polarisations-
unempfindlicher
Modulationskontrast Bereich
Die Mikroskopie dicker lebender Ob-
Der Hoffman Modulationskontrast ist jekte ist in der mikroskopischen Rou-
eine Art schiefe Beleuchtung, die mit tine oft mit Problemen verbunden. Plastikschale
optischen Elementen aus der Polari- Beim Phasenkontrast sind dicke + Präparat
sationsmikroskopie realisiert wird. Objektbereiche kritisch, da der soge-
Dieses Kontrastverfahren war eine nannte Halo-Effekt die Bildinforma-
der ersten optischen Methoden, Zell- tion an dicken Stellen überlagert und
kulturzellen, die in Plastikgefäßen teilweise verfälscht. Prinzipiell greift
wachsen, reliefartig sichtbar zu ma- man dann zum Differential-Interfe- Objektiv
chen. Großen Erfolg hatte die Metho- renz-Kontrast, der aber nur optimal
de beim Einsatz von Mikromanipula- unter Verwendung von Glasträgern
tionstechniken in der Reproduktions- arbeitet.
medizin. PlasDIC gilt als ein neuartiges po-
larisationsoptisches Durchlicht-Diffe-
VAREL-Kontrast rential-Interferenzkontrastverfahren,
bei dem im Gegensatz zum konven- Polarisator polarisations-
Für die Arbeit an Geweben und le- tionellen DIC nach Smith bzw. No- + Prisma empfindlicher
benden Zellen in Kulturgefäßen ist marski linear polarisiertes Licht erst Bereich
die Kontrastierungsmethode Variab- nach dem Objektiv erzeugt wird. Mit
ler Reliefkontrast entwickelt worden, der Entwicklung der Kontrastierme- Analysator
bei der Phasenkontrast und schiefe thode PlasDIC wurde zum ersten Mal
einseitige Beleuchtung gemischt wer- der Einsatz der Differential-Interfe-
den. Durch Verschieben einer Zusatz- renz-Kontrast-Mikroskopie an Zellen
blende in radialer Richtung von in Plastikgefäßen möglich: durch die
außen nach innen werden nachei- zum Patent angemeldete veränderte
nander einseitiges Dunkelfeld, der Anordnung der optischen Kompo-
VAREL-Kontrast als Überlagerung nenten kann in doppelbrechenden
von Phasenkontrast und schiefem Gefäßen ohne Einschränkung mikro-
Hellfeld und schließlich schiefes Hell- skopiert werden.
www.zeiss.de/mikro
feld eingestellt.
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 17Vo m A n w e n d e r
OPMI Pentero – das Operations-
mikroskop der Zukunft
Bild 1:
AutoBalance.
Seit einem halben Jahrhundert un-
Bild 2 (Mitte): terstützen Operationsmikroskope
Operationsmikroskop aus dem Hause Carl Zeiss die Ar-
OPMI® PenteroTM.
beit der Chirurgen in aller Welt.
Bild 3: Der Anspruch eines Neurochirur-
Auf Knopfdruck in gen an ein Operationsmikroskop
Balance (Touchscreen).
hat sich im Laufe der Zeit von ei-
Bild 4: ner klassischen Vergrößerungshil-
Benutzerfreundliche fe mithin zu einer Informations-
Lösungen für
das OP-Personal.
und Kommunikationszentrale ver-
ändert. Das neue OPMI Pentero
für die Neuro- und Wirbelsäulen-
chirurgie verbindet Grundanfor-
derungen mit umfangreichen
Zusatznutzen: Intraoperative Dia-
gnostik, Integration einer kom-
pletten Videokette, Einbindung
des Operationsmikroskopes in die
Informations- und Kommunika-
tions-Infrastruktur des Kranken-
hauses und benutzerfreundliche
Lösungen für das OP-Personal.
Wie gut die Resonanz auf dieses
Konzept ist, können am besten
die Anwender vermitteln.
1
18 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004Die besten Grund- Einfach genial,
eigenschaften genial einfach
Daniel L. Barrow M.D., Atlanta, USA Während des OP-Betriebs muss das
„Jedes Mikroskop, mit dem ich bisher OPMI Pentero den unterschiedlichs-
gearbeitet habe, verfügte über die ten Anforderungen gerecht werden,
Grundfunktionen Vergrößerung, Optik d.h., die gestellten Aufgaben präzise
und Beleuchtung. Das Pentero vereint und schnell erfüllen.
diese grundlegenden Funktionen in
einem äußerst innovativen und kreati- Prof. Dr. Volker Seifert, Frankfurt,
ven Design, das nicht nur dem Chirur- Deutschland
gen, sondern dem gesamten OP-Team „Früher war das Ausbalancieren des
großen Bedienkomfort bietet.“ Mikroskops immer ein etwas zeitauf- 3
wändiger Vorgang. Das neue Autoba-
Dr. Andreas Raabe, Frankfurt, lanciersystem des Zeiss-Mikroskops ver-
Deutschland: kürzt die Vorbereitungszeit erheblich
„Für den Neurochirurgen bedeutet das und ist eine große Hilfe – besonders für
Pentero einen weiteren Schritt nach den Assistenten, dessen Aufgabe das
vorn. Es ist die einmalige Kombination Ausbalancieren des Mikroskops norma-
der Eigenschaften, die dieses Mikroskop lerweise ist.“
so wertvoll für mikrochirurgische Ein-
griffe macht. Das Gerät ist sehr kom- Robert F. Spetzler, M.D., Phoenix, USA
pakt und hat dennoch eine große „Wenn das Mikroskop steril abgedeckt
Reichweite und lässt viel Kopffreiraum. ist, braucht man sich nicht mehr mit
Besonders gut hat mir der schnelle einem unhandlichen Drape herumzu-
Autofokus gefallen, die Laser-Fokussier- ärgern, das der Krankenschwester und
hilfe für manuelles Fokussieren, sowie dem Chirurgen ständig im Weg ist. Jetzt
die Bewegungsmöglichkeiten, die bei sorgt ein Ansaugsystem dafür, dass sich
der Operation eine präzise Feineinstel- das Drape vollständig an das Mikroskop
lung erlauben, ohne dass man die anschmiegt.“
Bremsen lösen muss.“
4
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 195
Bild 5: Integrierte digitale
Intraoperative Diagnostik –
Visualisierung
erstes Operationsmikroskop
mit optional vollständig
integrierter Unterstützung Auch in den OP hat das digitale Zeit-
für fluoreszenzgestützte
alter Einzug gehalten. Die elektroni-
Angiographie und Tumor-
resektion. sche Archivierung von Patientenda-
ten und präsentationsfähige Videos
Bild 6:
werden für den Chirurgen immer
Einbindung des Opera-
tionsmikroskopes in die wichtiger.
Informations-Kommuni-
kations-Infrastruktur des Robert F. Spetzler, M.D., Phoenix, USA
Krankenhauses.
„Als Chirurg spreche ich natürlich oft
Bild 7 und 8: mit Kollegen und kann daher feststel-
Eine komplett integrierte len, dass der Aufzeichnung von Opera-
digitale Videokette in einem
Operationsmikroskop. tionen und Operationstechniken eine
herausragende Bedeutung zukommt.
Hier eröffnet die neue digitale Schnitt-
stelle völlig neue Möglichkeiten. Bei-
spielsweise lässt sich das Gerät in das
Krankenhaussystem integrieren, und ich
kann die digitalen Bilder an meinem
Schreibtisch betrachten und sie online
bearbeiten. Die Aufzeichnung und Ver-
breitung von Informationen wird da-
durch enorm erleichtert.“
Einbindung in den
Krankenhaus-Ablauf
Die Integration des OPMI Pentero in
die Informations- und Kommunika-
tionsinfrastruktur des Krankenhauses
wird immer mehr gefordert. Dazu ge-
6
20 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004hören u.a. die Abfrage präoperativer Prof. Dr. Volker Seifert, Frankfurt,
Befunde, die Speicherung wichtiger Deutschland
Daten der Operation oder der Aus- „Besonders in der Gruppe der Glioblas-
tausch während der Operation mit tom-Patienten hängt das Operations-
Kollegen an anderen Standorten. ergebnis ganz entscheidend davon ab,
Die Kommunikations-Schnittstellen dass der Tumor vollständig entfernt
des OPMI Pentero ermöglichen die wird. Die neue, integrierte Funktion zur
komplette Verwaltung dieser Daten. fluoreszenzgestützten Tumorresektion
im Neuro Operationsmikroskop von
Prof. Dr. Volker Seifert, Frankfurt, Zeiss bietet dem Chirurgen hierfür ein
Deutschland hochwirksames und sehr hilfreiches In- 7
„Neuronavigation ist inzwischen aus strument.“
der Neurosurgerie nicht mehr wegzu-
denken. Im Hinblick darauf stellt das Robert F. Spetzler, M.D., Phoenix, USA
neue Mikroskop von Zeiss einen gewal- „Die Möglichkeit, eine Angiographie auf
tigen Fortschritt dar. Es ermöglicht die so einfache Art durchzuführen und da-
Einspiegelung der verschiedensten Neu- bei auch noch die Blutgefäße oder das
ronavigationsdaten in Farbe in beide Aneurysma manipulieren zu können,
Okulare des Neurochirurgen.“ stellt für den Neurochirurgen eine un-
glaublich faszinierende Neuerung dar.“
Intraoperative
Diagnostik Fazit
Das OPMI Pentero bietet die Mög- Daniel L. Barrow M.D., Atlanta, USA
lichkeit innovativer Fluoreszenzverfah- „Das Pentero ist ein von Chirurgen für
ren, mit denen Tumore und Gefäß- Chirurgen gestaltetes Operationsmikro- 8
erkrankungen während der Operation skop. Es vereinigt die allerneueste Tech-
dargestellt und aufgezeichnet werden nologie in einem kompakten, innovati-
können. ven und brillanten Design. Carl Zeiss
hat Leistungsfähigkeit,Wirksamkeit und
Ergonomie kombiniert und ein Mikro-
skop kreiert, das die Wirbelsäulen- und
Neurochirurgie auf ein neues Niveau www.zeiss.com/unique
anhebt.“
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 21Innovative Dentalmikroskopie in Japan:
Patientenkommunikation wird immer wich
1
Bild 1: Japan ist das Land auf der Welt, heute standardmäßig drei CCD Zahnarztvorsorge
Dentalmikroskop
OPMI®PROergo.
in dem neueste Technologien mit Videokameras für die Dokumen- in Japan
Tradition und Kultur Hand in Hand tation eingesetzt.
Bild 2: gehen. Beispiele finden sich über- Mit rund 85.000 Zahnärzten Im April 2004 wurde das staatliche
Dr. Mitsuhashi am Dental-
mikroskop, Patientin mit
all im Alltagsleben: von Frauen im und nahezu 70.000 Zahnarztpra- Krankenversicherungswesen (NHI)
Datenbrille. traditionellen Kimono, die MP 3 xen bei einer Bevölkerungszahl umfassend reformiert, um der Kos-
hören, bis zu den letzten Elektro- von 127.790.000 gehört Japan zu tenexplosion zu begegnen. Seither
nikneuheiten. Wo sonst werden den Ländern mit der höchsten müssen die Patienten 30 % der Be-
Flachbildfernseher in den Mode- Zahnarztdichte weltweit. Seit der handlungskosten selbst tragen und
farben der Saison angeboten oder Einführung von Operationsmikro- zugleich höhere monatliche Versiche-
das neueste Mobiltelefon mit in- skopen in die Zahnheilkunde rückt rungsbeiträge bezahlen. Darüber hi-
tegrierter zwei Megapixel Digital- auch die Dokumentation ins Ram- naus sieht die Regierung auch eine
kamera? penlicht. Neben verbessertem Se- Kürzung der Arzthonorare vor.
Das Interesse der Japaner an hen und höherem Arbeitskomfort Während die Mehrzahl der Zahn-
innovativen Technologien kommt für den Arzt sind die Dokumen- ärzte in Japan dazu übergegangen
auch zunehmend in der Medizin tationsmöglichkeiten am Dental- ist, innerhalb des staatlichen Gesund-
zum Ausdruck. Bei Operationsmi- mikroskop ein entscheidendes Ar- heitssystems NHI kostengünstige Be-
kroskopen werden in Japan schon gument für den Kauf. handlungen durchzuführen, kristalli-
22 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004tiger
details
Drei Umstände veranlassen Zahnärzte in Japan,
ihre Behandlungen qualitativ hochwertig zu
dokumentieren und dem Patienten sichtbar zu
machen:
■ Kommunikation und Information
Der Zahnarzt kann dem Patienten jederzeit zeigen,
wo die potentiellen Zahnprobleme liegen und wie
diese am besten zu behandeln sind.
■ Abrechnung und Bezahlung
Infolge der Gesundheitsreform muss der Zahnarzt
seine Patienten von der Notwendigkeit bestimmter
Behandlungen überzeugen, die nicht mehr von der
staatlichen Krankenversicherung erstattet werden.
Diese Kosten muss der Patient aus eigener Tasche
bezahlen.
■ Sicherheit und Verantwortung
Falls während oder nach einer Operation Komplika-
tionen auftreten, kann der Arzt die Behandlung
nachvollziehen und nach möglichen Ursachen und
Abhilfen suchen.
2
siert sich eine zweite Gruppe heraus, ten die Möglichkeit einer Mitbe- dass man rasch fertig wird, um zur
die hochinnovative Technologien ein- obachtung. Der Zahnarzt kann dem Arbeit zu kommen. Aber wie oft
setzt, um über das normale Maß Patienten z.B. am Monitor den Zu- schaut man eigentlich seinen Rücken
hinausgehende, höherwertige Zahn- stand seiner Zähne vergrößert dar- an? Selbst wenn man den Hals ver-
behandlungen anbieten zu können. stellen und notwendige Behandlungs- renkt oder einen Spiegel zu Hilfe
Von diesem Trend profitiert auch die schritte besprechen sowie ihm ziel- nimmt, ist es schwierig den eigenen
Dentalmikroskopie: Vom japanischen gerichtete Anleitungen zur Mund- Rücken zu betrachten. Sehen wir das
Gesundheitssystem NHI wird der Ein- hygiene geben. Muttermal oder den Hautfleck dort?
satz von Mikroskopen für Zahnbe- Einer dieser innovativen Zahnärzte ist Tatsächlich können wir nicht sehen,
handlungen nicht erstattet, obwohl Dr. Mitsuhashi. Er hat ein Dokumen- ob auf unserem Rücken etwas nicht
mit dem Mikroskop vielfach und bes- tationsverfahren entwickelt, das bei stimmt.
sere Ergebnisse erzielt werden. Der seinen Patienten auf sehr positive Re- Und in unserem Mund? Das Prob-
Zahnarzt muss also den Patienten sonanz stößt: „Die meisten Men- lem sind nicht so sehr die Vorder-
von den Vorteilen einer mit dem schen schauen sich ihr Gesicht nur zähne, denn wir sehen, ob sie gelb
Mikroskop durchgeführten Behand- einmal am Tag genau an, und zwar werden oder ob das Zahnfleisch zu-
lung überzeugen. im allgemeinen morgens, wenn man rückweicht. Aber wie steht es mit der
Modernste Dentalmikroskope von noch müde oder unrasiert ist. Man Rückseite der Vorderzähne oder dem
Carl Zeiss bieten daher für die Patien- wäscht sich das Gesicht und sieht zu, hinteren Mundbereich? Die meisten
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 23Bild 3:
Dr. Mitsuhashi am Dental-
mikroskop, Patientin mit
Datenbrille.
Bild 4:
Dr. Mitsuhashi in seiner
Praxis.
3
Patienten wissen nicht, was genau wendige Behandlung erläutern kann
mit ihren Zähnen nicht in Ordnung und sofort eine Reaktion des Patien-
ist, weil sie es nicht sehen können. ten erhält.
Natürlich hängt die Qualität der „Die Patienten sehen ganz deut-
Zahnbehandlung in hohem Maße lich, dass der Einsatz eines Mikro-
vom Sehvermögen des Arztes ab. Ein skops die Behandlungsqualität ver-
Dentalmikroskop kann die Behand- bessert. Ein weiterer Nutzen liegt da-
lungsqualität gegenüber einer Be- rin, dass der Patient ein sichereres Ge-
handlung mit bloßem Auge drastisch fühl bei allen Behandlungsschritten
steigern.” hat. Es ist auf diese Weise auch viel
Um seinen Patienten den Zustand einfacher, den Patienten von seiner
ihrer Zähne und die Vorteile des Eigenverantwortung für die Gesund-
Mikroskops zu veranschaulichen, lässt heit seiner Zähne zu überzeugen.
4 Dr. Mitsuhashi die Patienten eine Da- Außerdem lässt sich nicht leugnen,
tenbrille (Head Mounted Display – dass das HMD auch einen gewissen
HMD) tragen, während sie im Be- Unterhaltungswert besitzt und den
handlungsstuhl liegen. Wenn das meisten Patienten hilft, ihre Angst
HMD an ein Dentalmikroskop mit in- vor dem Zahnarzt zu überwinden.
tegrierter CCD Kamera angeschlos- Eine Zahnbehandlung sollte nicht als
sen wird, erscheint das vergrößerte etwas Furchteinflößendes, sondern
Bild der Zähne auf dem Monitor der als etwas Angenehmes empfunden
Datenbrille. Diese Kombination ge- werden” erklärt Dr. Mitsuhashi.
stattet es dem Patienten, die Unter-
suchung in Echtzeit mitzuverfolgen.
Dabei sieht er das gleiche Bild wie Dr. Jun Mitsuhashi, Dental Mitsuhashi,
Tokyo
der Zahnarzt, so dass dieser die not-
24 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004Alles klar mit
LotuTec™.
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Setzen Sie auf LotuTec™,
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für sicheres SehenAugenoptik in der Anwendung
Ophthalmologie, Vision 2020
VISION 2020: Das Recht zu Sehen Die Vision 2020 hat sich die Be- endlich der ganzen Gemeinschaft. Sie
ist eine weltweite Initiative der kämpfung der vermeidbaren sehen also, Blindheit wirkt sich auf
Internationalen Agentur zur Ver- Blindheit zum Ziel gesetzt. Bis ganz verschiedenen Ebenen aus. Da
hütung von Blindheit (Internatio- zum Jahr 2020 soll die Zahl der viele Familien in der Dritten Welt kei-
nal Agency for the Prevention of Fälle auf 20 Millionen gesenkt ne Rücklagen bilden können, kann
Blindness – IAPB) und der Weltge- werden. Was genau versteht man ein Verdienstausfall über mehrere
sundheitsbehörde (World Health unter vermeidbarer Blindheit? Tage hinweg oder selbst an einem
Organization – WHO) zusammen Bei vermeidbarer Blindheit handelt Tag verheerende Folgen haben.
mit internationalen nicht-staat- es sich um alle Formen der Blindheit,
lichen Organisationen. die durch wirksame gesundheitspoli- In welchem Durchschnittsalter
tische Maßnahmen oder durch die erblinden die Menschen in den
Die Initiative Vision 2020 feiert 2004 aktuell verfügbaren Behandlungsme- Entwicklungsländern?
ihren 5. Geburtstag. Am 14. Oktober thoden ausgemerzt werden können. Ich glaube nicht, dass es hierfür
2004 findet der Welt-Seh-Tag statt. Ursachen sind beispielsweise Vitamin- ein Durchschnittsalter gibt. Die ge-
Als eines der Unternehmen der ers- A-Mangel, Trachom, Onchozerkose fährdetsten Altersgruppen sind wahr-
ten Stunde unterstützt Carl Zeiss die- und grauer Star. Die verbreitetsten scheinlich Kinder und ältere Men-
se Initiative. Ziel und Auftrag der Initi- vermeidbaren Leiden sind wohl der schen. Bei älteren Menschen besteht
ative Vision 2020 ist die Beseitigung graue Star und das Trachom. die Gefahr, dass sie an grauem Star
unnötiger Blindheit in der Welt und erkranken, wohingegen Kinder an
allen Menschen das Recht zu Sehen Welche Folgen hat in der Dritten Vitamin-A-Mangel leiden. In einigen
einzuräumen. Welt eine Erblindung für den Regionen Afrikas, aber auch in ande-
20/20 ist in den USA die Bezeich- Betroffenen und seine Familie? ren Ländern weltweit, spielt das Tra-
nung für optimale Sehfähigkeit. Zu- Blindheit ist tatsächlich eine Haupt- chom als Ursache für Blindheit bei
gleich steht die Zahl für das Jahr ursache für Produktivitätsverluste in Kindern eine wichtige Rolle.
2020. „Vision 2020“ hat zum Ziel, der Dritten Welt und beschränkt sich
dass bis zum Jahr 2020 möglichst in ihren Auswirkungen nicht nur auf In der westlichen Welt leiden vor
niemand mehr unnötig blind sein den Erblindeten selbst. Vielmehr ist allem Menschen über 70 an grau-
soll. die ganze Familie mitbetroffen, da sie em Star. Wie ist das in Indien?
für den Blinden sorgen muss. Das be- In Indien tritt der graue Star im
einträchtigt auch die Produktivität der Allgemeinen ein Jahrzehnt früher
anderen Familienmitglieder und letzt- auf. Dafür gibt es mehrere Gründe:
26 Innovation 14, Carl Zeiss, 2004Bild 1:
Augenuntersuchung
in der dritten Welt.
1
genetische Ursachen, die Ernährung, ren. Wichtig dabei ist eine gute Ab-
facts
die Einwirkung von UV-Strahlen, stimmung zwischen den beteiligten
schwerer Flüssigkeitsmangel und das Stellen. Als zweiter Schritt müssen Fakten zum Thema Blindheit
Öl, das überall zum Kochen verwen- die personellen Voraussetzungen für
det wird. All diese Faktoren werden die Krankheitsbekämpfung geschaf- Rund 45 bis 50 Millionen Blinde leben auf der Erde. Der
mit dem höheren Kataraktrisiko in fen werden. Und schließlich ist eine Anteil der Entwicklungsländer beträgt dabei 90%. Und
Indien in Zusammenhang gebracht. angemessene Infrastruktur erforder- mindestens 5 Millionen Menschen erblinden jedes Jahr
lich, damit das Personal auch einge- neu. Die Menschen in Entwicklungsländern tragen ein
Wir wird der graue Star derzeit setzt werden kann. Die Kombination 10-mal höheres Risiko blind zu werden als Menschen
in den Entwicklungsländern dieser drei Faktoren wird zum Ziel in Industrieländern. 80 Prozent der Blindheit auf dieser
behandelt? Ist der Eingriff teuer? führen; es ist nur eine Frage der Zeit Erde wären verhütbar. 90 Prozent aller blinden Kinder
In einem Land wie Indien können und des Willens. Außerdem brauchen können keine Schule besuchen. 80 Prozent der blinden
wir diese Operation für ca. 30 Dollar wir auch eine effektive, weltweite Erwachsenen sind aufgrund fehlender Ausbildungs-
durchführen. Dabei wird der graue Koordination und müssen unsere möglichkeiten ohne Arbeit. In Afrika muss statistisch
Star entfernt und eine intraokulare Ressourcen effizienter einsetzen. gesehen ein Augenarzt eine Million Menschen ver-
Linse eingesetzt. sorgen (in Deutschland: 1:12.000). Zur Zeit leben mit
Verglichen mit vielen anderen 10 Millionen die meisten Blinden in Indien.
Dr. Rao, laut Fachliteratur gibt es Entwicklungsländern ist Indien im
weltweit 45 Millionen blinde Kampf gegen die Blindheit sehr Am 27. September 2003 wurde
Menschen, eine Zahl, die voraus- erfolgreich. Was ist der Schlüssel die Initiative VISION 2020 in
sichtlich in den nächsten Jahr- zu diesem Erfolg? der indischen Region Andhra
zehnten auf 75 Millionen steigt, Hierfür gibt es vier oder fünf Pradesh ins Leben gerufen. Es
wenn nichts dagegen unter- Gründe. Erstens wird das Problem ist einer der ersten Schritte in
nommen wird. Wie lässt sich diese von der indischen Regierung und den Indien vermeidbare Blindheit zu
Entwicklung umkehren? Augenspezialisten in Indien als sol- bekämpfen. Unterstützt wird
Die in der Vision 2020 vorgeschla- ches erkannt. Zweitens vertritt die das Vorhaben auch von
genen Strategien sind ein Anfang. Regierung im Gegensatz zu vielen Dr. Gullapalli N. Rao, dem
Der erste Schritt muss eine wirksame anderen Ländern eine proaktive Ein- Direktor des 1986 gegründeten
Krankheitsbekämpfung sein, d.h. das stellung. Ein gutes Beispiel hierfür L.V. Prasad Eye Institute (LVPEI)
Hauptaugenmerk muss den Krank- liegt ca. 15 Jahre zurück. Damals Dr. Gullapalli N. Rao in Hyderabad.
heiten gelten, die zur Erblindung füh- wandte sich Indien an die Weltbank,
Innovation 14, Carl Zeiss, 2004 27Sie können auch lesen
