크리스토프 크레머

Christoph Cremer

그 Ruprecht-Karls-University 하이델베르크 대학 Mainz[2]의[3]의 전 honorary 교수와 분자 생물학은 요하네스 구텐베르크 대학 마인츠에 살던 Germany,[4]성공적으로 가지고 있에서(IMB)이 전 그룹 지도자에서 크리스토프 크리머(프라이부르크 암 Breisgau, 독일에서 태어나)는 독일 물리학자이자 emeritus[1]. 번째를 극복하다e 다양한 방법에 의해 빛 기반 조사(Abbe 한계)에 적용되는 전통적인 해상도 한계(4Pi-마이크로스코피 개념의 개발, 1996 국산화 현미경 SPDM, 1997 공간 구조 조명 SIM)[5][6] 한편 자신의 진술에 따르면 크리스토프 크레머는 막스 플랑크 화학 연구소(오토 한 연구소)와 막스 플랑크 폴리머 연구소의 소속이다.[7][8][9]

그의 실제 현미경 Vertico-SMI는 살아있는 세포 상태를 포함한 초분자 복합체를 대규모로 조사할 수 있는 세계에서 가장 빠른 나노 광선 현미경이다. 기존 형광 염료로 표시된 생물학적 준비물의 3D 영상촬영이 가능하며 2D로 10nm, 3D로 40nm 해상도에 도달한다.

따라서 이 나노스코프는 전체 분자 생물학, 의료 및 제약 연구에 영향을 미칠 광학 이미징의 현재 혁명에 실질적으로 기여할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 이 기술은 질병의 예방, 위험의 감소, 치료의 새로운 전략을 개발할 수 있게 한다.

전기

크레머는 프라이부르크 대학교와 뮌헨 대학교에서 철학과 역사를 공부하는 몇 학기에 이어 뮌헨에서 물리학을 공부했고(Studienstiftung des Deutschen Volkes의 재정적 지원을 받아) 프라이부르크에서 유전학과 생물물리학 박사 학위를 마쳤다. 이것은 프라이부르크 대학의 인간 유전학 연구소의 박사 후 연구와 캘리포니아 대학의 미국에서의 몇 년, 그리고 프라이부르크 대학의 일반 인간 유전학과 실험적인 세포유전학에 대한 그의 "Habilitation"이 그 뒤를 이었다. 1983년부터 은퇴할 때까지 하이델베르크 대학의 키르흐호프 물리학 연구소에서 「응용된 광학·정보 처리」를 위해 교수(의장)로 재직하고 있었다. 또한 하이델베르크 대학(2007~2012년)의 3개 '우수 프로젝트'에 참여했으며, 2008년 독일 BMBF 엑스트라클러스터로 선정된 5개 클러스터 중 하나인 세포 기반 및 분자 의학용 생명공학 클러스터의 파트너로도 활동했다.세포성 하이델베르크 대학의 제2대 원로원 의장으로 선출된 크레머는 대학 지배구조와 정치에도 관여했다. 매 학기 학기 학기마다 몇 주씩 연구를 하는 잭슨 연구소(바하버, 메인 주)의 부교수 겸 연구원으로서의 기능에서는, 대학과 연계한 생물물리학 센터(분자생물물리학 연구소)의 설립에 관여했다. 하이델베르크의 「글로벌 네트워크」 협업을 통해서.

크레머는 건축가 겸 예술가 레티자 만치노 크레머와 결혼했다.

  • 슈퍼 해상도 현미경

  • 유방암 세포: Her2와 Her3의 3D LIMON 듀얼 컬러 슈퍼 해상도 현미경 & 클러스터 계산

  • SPDMphyod: 인간 암세포에서 단일 YFP 분자 검출

  • 핵에 대한 SPDMphymod 공동 국소화 현미경: 넓은 시야(470µm2)로 국부화된 120.000 GFP 및 RFP 융합 단백질

  • 라벨이 없는 국소화 현미경 SPDM - 슈퍼 해상도 현미경 검사에서 이전 취사불능 세포 내 구조물이 발견됨

  • 황반변성 AMD의 영향을 받는 인체 눈조직의 SMI 조사

  • Virus Super Resolution 현미경 SPDM Cremer/Wege 연구소

  • fBALM DNA 구조 변동 보조 바인딩 활성화 로컬라이제이션 현미경을 이용한 초해상도 단일 분자 로컬라이제이션 현미경

근본적인 발전

4Pi 현미경 개념 개발

크레머는 레이저 기반의 가벼운 현미경 검사 접근법의 추가 개발 초기에 관여했다. 첫 번째 아이디어는 1970년대 그의 대학원생 시절에서 비롯되었다. 크리스토프 크레머는 현재 뮌헨 루드비히-맥시밀리안 대학의 인류학과 인간유전학의 교수(의장)인 동생 토마스 크레머와 공동으로 홀로그램 기반의 레이저 스캔 4Pi 현미경 개발을 제안했다. 기존의 레이저 초점보다 지름이 작은 지점에 사방의 레이저 광선(공간 각도 4Pi)을 집중시키고 이 지점을 이용해 물체를 스캔하는 것이 기본 아이디어였다. 이러한 방식으로 약 200nm 측면, 600nm 축방향이라는 기존 한계를 넘어 개선된 광학적 분해능을 달성할 수 있어야 한다.[10][11] 그러나 1978년의 간행물은 부적절한 물리적 결론(즉 빛의 점처럼 생긴 부분)을 이끌어 냈으며, 고체 각도의 반대쪽을 추가하는 실제 이득으로 축 분해능 증가를 완전히 놓쳤다.[13] 1992년부터 스테판 헬(Max-Planck Institute for Biophysical Chemistry, 괴팅겐)이 개발한 4Pi 현미경 검사는 높은 숫자의 간극이 서로 대립되는 현미경 목표 렌즈 2개를 사용하여 고효율의 고해상도 영상 공정으로 개발했다.[14][15]

살아있는 세포를 위한 최초의 DNA 레이저-UV-미세방사 기술 개발

1970년대 초 형제는 UV 레이저 마이크로 조사 기구를 깨달았는데, 이 기구는 처음으로 DNA의 흡수 최대치(257nm)로 살아있는 세포의 아주 작은 부분만 통제된 방식으로 방사선을 조사할 수 있게 했다.[16] 이것은 60년 이상 시행된 기존의 UV 부분 조사를 대체했다. 이렇게 하여 세포의 분열능력과 생존능력을 손상시키지 않고 집중적인 방법(즉, 살아있는 세포의 세포핵에서 미리 정해진 장소에서)으로 DNA의 변화를 유도하는 것이 처음으로 가능했다. 특정 매우 작은 세포 영역은 조사될 수 있고 따라서 그곳에 포함된 고분자의 역학(DNA)은 정량적으로 추정될 수 있다. 게다가, 1초의 분수의 조사 시간을 사용하는 공정의 빠른 속도 때문에, 움직이는 세포기관까지 조사 할 수 있게 되었다. 이러한 발전은 게놈 구조 연구 분야에서 중요한 실험의 기초를 제공하였고(살아있는 포유류 세포에 소위 염색체 영역이라는 존재의 확립) 몇 년 후(1979/1980) 생물학자 크리스티안 누슬레인-볼하드(Max Planck Institute for Development)와의 성공적인 협업을 이끌었다. 생물학, 튀빙겐). 이번 협업에서 크레머는 초파리 드로필라 멜라노가스터의 초기 애벌레 단계에서 세포 변화를 이끌어내기 위해 UV 레이저 마이크로 조사 장비를 사용했다.[17][18]

형광을 위한 콘콜컬 레이저 스캐닝 현미경 개발

크레머 형제는 1978년 UV 레이저 마이크로 조사 기구의 구성과 적용에 있어 얻은 경험을 바탕으로 초점 레이저 빔을 이용하여 물체의 3차원 표면을 포인트별로 스캔하고 그것과 유사한 전자적 방법으로 오버올 사진을 생성하는 레이저 스캐닝 과정을 설계했다. 전자현미경을 스캔하는데 사용된다.[10] 크레머가 하이델베르크 대학에서 교수직을 맡게 된 것은 처음으로 레이저 스캔 방법과 형광 마커로 표시된 생물학적 물체의 3D 검출 방법을 결합한 CSLM(Concocal Laser Scanning Microcom)의 건설 계획이다. 다음 10년 동안, 콘포칼로컬 형광 현미경 검사는 특히 하이델베르크에 있는 암스테르담 대학과 유럽 분자생물연구소(EMBL)에서 일하는 그룹들과 그들의 산업 파트너들에 의해 기술적으로 완전히 성숙된 상태로 개발되었다. 후년에 이 기술은 생체 분자 및 생체 의학 연구소에 의해 널리 채택되었으며, 오늘날까지 전통적인 해상도의 3차원 광현미경에 관한 금 표준으로 남아 있다.

초해상도 현미경법 개발

현미경 검사의 목표는 많은 경우에 개별적이고 작은 물체의 크기를 결정하는 것이다. 기존의 형광 현미경 검사는 약 200nm(측면)의 기존 광학 분해능 한계치 부근까지 크기를 설정할 수 있다. 4pi 특허 출원을 20여년 만에 크리스토프 크레머가 회절제한 문제로 돌아왔다.[10][19] 베르티코 SMI 현미경으로 그는 SMI, SPDM, SPDMphymod, LIMON을 포함한 다양한 초해상도 기술을 실현할 수 있었다. 이러한 방법은 주로 생물의학 용도에 사용된다.

공간 변조 조명 SMI

1995년경, 그는 형광 마커로 얼룩진 세포 나노구조체의 실질적으로 향상된 크기 분해능을 달성한 가벼운 현미경 공정의 개발로 시작했다. 이번에 그는 구조화된 레이저 조명(공간 변조 조명, SMI)[21][22][23]과 결합된 광야장 현미경의 원리를 채택했다.현재 30~40nm(사용 파장의 약 1/16~1/13)의 크기 해상도가 달성되고 있다. 또한 이 기술은 더 이상 초점 현미경의 속도 제한을 받지 않기 때문에 짧은 관찰 시간(현재 약 몇 초) 내에 전체 세포의 3D 분석을 수행할 수 있게 된다. 불분명한 SMI: S = 공간적, M = 변조된 I= 조명.[24]

국산화 현미경 SPDM

또한 1995년경, 크레머는 효과적인 광학적 분해능(두 국부적 물체 사이의 가장 작은 감지 가능한 거리 측면에서)을 기존 분해능의 일부(스펙트럼 정밀 거리/위치 억제)까지 향상시키는 것을 목표로 한 새로운 형광 기반 광학 현미경 접근법을 개발 및 실현했다.미세화 현미경, SPDM; 분해 SPDM: S = 스펙트럼, P = 정밀도, D = 거리, M = 현미경).[25][26][27]

국산화 현미경 SPDMphymod

이 방법을 사용하면 GFP, RFP, YFP, 알렉사 488, 알렉사 568, 알렉사 647, Cy2, Cy3, Atto 488, 형광 염료, 형광 염료와 같은 재래식, 잘 확립된 값싼 형광 염료를 사용할 수 있다. [28][29] 특수 광 전환/사진 활성 형광 분자를 사용할 때 두 개의 레이저 파장을 필요로 하는 다른 국소 현미경 기술과 대조적으로. SPDMphymod의 사용에 대한 또 다른 예는 Tomboom moscoze virus (TMV) 입자의 분석이다.[30][31] 또는 바이러스-세포 상호작용.[32][33]

Disambigation SPDMphymod: S = 스펙트럼, P = 정밀도 D = 거리, M = 현미경, 피 = 물리, 수정 가능

3D LIMON(Light Microscopyic Nanosizing) 현미경

SPDM과 리몬 현미경이라고 알려진 SMI를 결합한 것이다.[29] Christop Cremer는 현재 전체 살아있는 세포의 넓은 현장 이미지에서 2D로 약 10nm, 3D로 40nm의 해상도를 달성할 수 있다.[34] 전체 살아있는 세포의 와이드필드 3D '나노이미지'는 현재 2분 정도 걸리지만 이를 더 줄이기 위한 작업이 현재 진행 중이다. Vertico-SMI는 현재 전 세계 세포의 3차원 구조해석을 위한 가장 빠른 광학 3D 나노스코프로서 3D 듀얼 컬러 모드에서 생물학적 적용으로[23] Her2/neu와 Her3 클러스터의 공간 배열을 달성했다. 단백질 군집의 모든 세 방향의 위치는 약 25 nm의 정확도로 결정할 수 있다.[35]

참조

  1. ^ "Department for Physics and Astronomy". www.physik.uni-heidelberg.de. Retrieved 22 December 2021.
  2. ^ [1] IMB 크리스토프 크레머 명예교수직
  3. ^ 요한 구텐베르크 대학교 마인츠 물리학 교수 https://www.iph.uni-mainz.de/lehrende/
  4. ^ The Cremer Lab https://www.optics.imb-mainz.de/, 광학 IMB Mainz.
  5. ^ http://www.kip.uni-heidelberg.de/AG_Cremer/de
  6. ^ https://www.imb.de/research-at-imb/cremer/research/
  7. ^ 독일 STEM COP, Christop Cremer Max Planck Institute for Polymer Research 2021년 4월 https://www.youtube.com/watch?v=L0EMIQzyIAE
  8. ^ OFID 커넥팅 리서치 & 리서치, 크리스토프 크레머 전기 https://orcid.org/0000-0002-2090-6905
  9. ^ 왕립 현미경학회 2021 행사 https://www.rms.org.uk/rms-event-calendar/2021-events/imaging-oneworld-spatially-modulated-illumination.html
  10. ^ a b c C. 크레머와 T. 크레머(1978): 고해상도 및 깊이의 현미경 검사 마이크로스코프에 대한 고려사항 현미경 액타 81 번호 1 9월, 페이지 31-44 (1978)
  11. ^ Cremer, T.; Cremer, C. (2006). "Rise, fall and resurrection of chromosome territories: a historical perspective Part II. Fall and resurrection of CTs during the 1950th to 1980th. Part III. Chromosome territories and the functional nuclear architecture: experiments and models from the 1990th to the present. In". European Journal of Histochemistry. 50: 223–272.
  12. ^ C. 크레머와 T. 크레머(1978): 고해상도 및 깊이의 현미경 검사 마이크로스코프에 대한 고려사항 현미경 액타 81 번호 1 9월, 페이지 31-44 (1978)
  13. ^ 노벨 화학상 2014 https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2014/hell/biographical/
  14. ^ Hell, S.; Lindek, S.; Cremer, C.; Stelzer, E. H. K. (1994). "Measurement of the 4pi-confocal point spread function proves 75 nm axial resolution". Applied Physics Letters. 64 (11): 1335–1337. Bibcode:1994ApPhL..64.1335H. doi:10.1063/1.111926.
  15. ^ Hänninen, P. E.; Hell, S. W.; Salo, J.; Soini, E.; Cremer, C. (1995). "Two-photon excitation 4Pi confocal microscope - Enhanced axial resolution microscope for biological research". Applied Physics Letters. 68 (13): 1698–1700. Bibcode:1995ApPhL..66.1698H. doi:10.1063/1.113897.
  16. ^ Cremer, C.; Cremer, T. (1974). "An ultraviolet Laser microbeam for 257 nm/Eine Laser-UV-Mikrobestrahlungsapparatur für 257 nm". Microscopica Acta. 75 (4): 331–337.
  17. ^ Lohs-Schardin, M.; Cremer, C.; Nüsslein-Volhard, C. (1979). "A Fate Map for the Larval Epidermis of Drosophila melanogaster: Localized Cuticle Defects Following Irradiation of the Blastoderm with an Ultraviolet Laser Microbeam". Developmental Biology. 73 (2): 239–255. doi:10.1016/0012-1606(79)90065-4. PMID 115734.
  18. ^ Nüsslein-Volhard, C.; Lohs-Schardin, M.; Cremer, C. (1980). "A dorso-ventral shift of embryonic primordia in a new maternal-effect mutant of Drosophila". Nature. 283 (5746): 474–476. Bibcode:1980Natur.283..474N. doi:10.1038/283474a0. PMID 6766208. S2CID 4320963.
  19. ^ Cremer C, Cremer T (1971) 펑크톨로그램: 피시칼리스체 그룬들라겐과 뫼글리히 안웬둥엔. 특허 출원 DE 2116521 "Verfahren jur Darstellung bzw. Modifikation von Objekt-Details, deren Abmessungen außerhalb der Sichtbaren Wellenlengen ligen" (보이는 파장을 벗어난 치수를 가진 객체 디테일의 영상화 및 수정을 위한 절차). 1971년 4월 5일, 발행일 1972년 10월 12일.베를린의 독일 특허청 http://depatisnet.dpma.de/DepatisNet/depatisnet?action=pdf&docid=DE000002116521A
  20. ^ "Biomedical applications for Super Resolution Microscopy". Archived from the original on 13 October 2016. Retrieved 13 October 2016.
  21. ^ Heintzmann, R.; Cremer, C. (1999). "Lateral modulated excitation microscopy: Improvement of resolution by using a diffraction grating". Proc. SPIE. 3568: 185–196. Bibcode:1999SPIE.3568..185H. doi:10.1117/12.336833. S2CID 128763403.
  22. ^ 미국 특허 7,342,717, 1997년 7월 10일 출원: Christoph Cremer, Michael Hausmann, Joachim Bradl, Bernhard Schneider Wave 필드 현미경(검출 포인트 확산 기능 포함)
  23. ^ a b Baddeley, D.; Batram, C.; Weiland, Y.; Cremer, C.; Birk, U.J. (2007). "Nano-structure analysis using Spatially Modulated Illumination microscopy". Nature Protocols. 2 (10): 2640–2646. doi:10.1038/nprot.2007.399. PMID 17948007. S2CID 22042676.
  24. ^ Best, G; Amberger, R; Baddeley, D; Ach, T; Dithmar, S; Heintzmann, R; Cremer, C (2011). "Structured illumination microscopy of autofluorescent aggregations in human tissue". Micron. 42 (4): 330–335. doi:10.1016/j.micron.2010.06.016. PMID 20926302.
  25. ^ Bradl, J.; Rinke, B.; Esa, A.; Edelmann, P.; Krieger, H.; Schneider, B.; Hausmann, M.; Cremer, C. (1996). Bigio, Irving J; Grundfest, Warren S; Schneckenburger, Herbert; Svanberg, Katarina; Viallet, Pierre M (eds.). "Comparative study of three-dimensional localization accuracy in conventional, confocal laser scanning and axialtomographic fluorescence light microscopy". Proc. SPIE. Optical Biopsies and Microscopic Techniques. 2926: 201–206. Bibcode:1996SPIE.2926..201B. doi:10.1117/12.260797. S2CID 55468495.
  26. ^ 미국 특허 6,424,421, 1996년 12월 23일: Christop Cremer, Michael Hausmann, Joachim Bradl, Bernd Linke Method 및 물체 구조물 사이의 거리 측정을 위한 장치
  27. ^ Heintzmann, R.; Münch, H.; Cremer, C. (1997). "High-precision measurements in epifluorescent microscopy - simulation and experiment". Cell Vision. 4: 252–253.
  28. ^ 마누엘 군켈, 파비안 에르델, 카르스텐 리페, 폴 레머, 레이너 카우프만, 크리스토프 호르만, 로마 엠버거, 크리스토프 크레머: 세포 나노구조의 이중색 국소 현미경. In: 생명공학 저널, 2009, 4, 927-938. ISSN 1860-6768
  29. ^ a b Reymann, J; Baddeley, D; Gunkel, M; Lemmer, P; Stadter, W; Jegou, T; Rippe, K; Cremer, C; Birk, U (May 2008). "High-precision structural analysis of subnuclear complexes in fixed and live cells via spatially modulated illumination (SMI) microscopy". Chromosome Research. 16 (3): 367–82. doi:10.1007/s10577-008-1238-2. PMID 18461478.
  30. ^ 크레머, R. 카우프만, M. 건켈, S. 프레스, Y. Weiland, P-Müler, T. Ruckelshausen, P. Lemmer, F. 가이거, S. 데겐하르트, C. 베게, N- A. W. 레머만, R. Holtappels, H. Strickfaden, M. Hausmann(2011): 스펙트럼정밀 거리현미경에 의한 생물학적 나노구조물의 초해상도 영상화 : 생명공학 6: 1037–1051
  31. ^ Manuel Gunkel, Fabian Erdel, Karsten Life, Paul Lemer, Rainer Kaufmann, Christop Hörmann, Roman Amberger 및 Christop Cremer(2009): 세포 나노구조의 이중색 국소 현미경. In: 생명공학 저널, 2009, 4, 927-938. ISSN 1860-6768
  32. ^ C. 크레머, R. 카우프만, M. 건켈, F. 폴란스키, P. 뮐러, R. 디어크스, S. 데겐하르트, C. 베게, M. 하우스만, U. Birk:"바이올로지에서의 국산화 현미경 적용 관점", 히스토케미 셀 비올(2014)
  33. ^ Qiaoyun Wang, Rüdiger Dierkes, Rainer Kaufmanna, Christoph Cremer:"인플루엔자A 바이러스의 개별 간세포 성장 인자 수용체 군집의 수량 분석은 국산화 현미경을 이용하여 인간의 상피세포를 감염시켰다" Biochimica et Bioophysica(2014)
  34. ^ P. 레머, M.군켈, D.배들리, R. 카우프만, A. 우리치, Y. 웨일랜드, J.레이만, P. 뮐러, M. 하우스만, C. 크레머(2008): 나노스케일에서 단일 분자 분해능을 갖는 SPDM – 라이트 현미경: 응용 물리학 B, 93, 페이지 1-12
  35. ^ Kaufmann, Rainer; Müller, Patrick; Hildenbrand, Georg; Hausmann, Michael; Cremer, Christoph (2010). "Analysis of Her2/neu membrane protein clusters in different types of breast cancer cells using localization microscopy". Journal of Microscopy. 242 (1): 46–54. doi:10.1111/j.1365-2818.2010.03436.x. PMID 21118230. S2CID 2119158.

외부 링크