クリストフ・クレマー(ドイツ、フライブルク・イム・ブライスガウ生まれ)は、ドイツの物理学者であり、ハイデルベルク大学の名誉教授[ 1 ]、マインツ大学の元名誉教授[ 2 ] [ 3 ] 、マインツ大学分子生物学研究所(IMB)の元グループリーダー[ 4 ]であり、さまざまな方法(1971/ 1978年の4Pi顕微鏡の概念の開発、 1996年の局在顕微鏡SPDM、1997年の空間構造照明SIM(1995年にポラロイド社のジョン・M・ゲラによって初めて開発された)[ 5 ] )によって、光ベースの調査に適用される従来の解像度の限界(アッベ限界)を克服することに成功した。[ 6 ] [ 7 ]一方、クリストフ・クレマーは、自身の声明によれば、マックス・プランク化学研究所(オットー・ハーン研究所)およびマックス・プランク高分子研究所のメンバーである。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
彼が開発した顕微鏡「Vertico-SMI」は、世界最速のナノ光顕微鏡であり、生細胞を含む超分子複合体の大規模な観察を可能にする。従来の蛍光色素で標識した生物学的試料の3次元画像化が可能で、 2次元では10nm、3次元 では40nmの解像度を実現する。
このナノスコープは、分子生物学、医学、製薬研究全体に影響を与えるであろう、現在の光イメージングにおける革命に大きく貢献する可能性を秘めている。この技術により、疾病の予防、リスク低減、治療のための新たな戦略の開発が可能となる。
バイオグラフィー
クレマーは、フライブルク大学とミュンヘン大学で哲学と歴史を数セメスター学んだ後、ミュンヘンで物理学を学び(ドイツ国民研究財団の財政支援を受けて)、フライブルクで遺伝学と生物物理学の博士号を取得しました。その後、フライブルク大学人類遺伝学研究所で博士研究員として研究を行い、米国カリフォルニア大学で数年間研究した後、フライブルク大学で一般人類遺伝学と実験細胞遺伝学の教授資格(ハビリテーション)を取得しました。1983年から退職まで、ハイデルベルク大学キルヒホフ物理学研究所で「応用光学と情報処理」の教授(2004年からは主任教授)を務めました。また、学際的科学計算センターのメンバーでもありました。クレマー氏は、ハイデルベルク大学の「卓越プロジェクト」(2007年~2012年)に3回参加し、細胞ベースおよび分子医学のためのバイオテクノロジー・クラスターのパートナーでもありました。このクラスターは、2008年にドイツ連邦教育研究省(BMBF)の卓越クラスターとして選定された5つのクラスターのうちの1つです。ハイデルベルク大学評議会の第二議長に選出されたクレマー氏は、大学の運営と政治にも関わりました。メイン大学の非常勤教授およびジャクソン研究所(メイン州バーハーバー)のメンバーとして、学期休暇中に毎年数週間研究を行う傍ら、ハイデルベルク大学と「グローバル・ネットワーク」協力で連携する生物物理学センター(分子生物物理学研究所)の設立にも携わりました。
クレマーは建築家で芸術家のレティツィア・マンチーノ=クレマーと結婚している。
- 超解像顕微鏡
乳がん細胞:Her2およびHer3の3D LIMONデュアルカラー超解像顕微鏡観察とクラスター計算
SPDMphmyod:ヒトがん細胞における単一YFP分子の検出
SPDMphymod共局在顕微鏡による核の観察:広視野(470 μm 2)で局在する120,000個のGFPおよびRFP融合タンパク質
ラベルフリー局在顕微鏡法SPDM - 超解像顕微鏡法により、これまで検出不可能だった細胞内構造が明らかになる
SMIによる加齢黄斑変性症(AMD)の影響を受けたヒト眼組織の調査
ウイルス超解像顕微鏡 SPDM Cremer/Wege labs
fBALM:DNA構造変動を利用した結合活性化局在顕微鏡法による超解像単一分子局在顕微鏡法
根本的な発展
蛍光観察用共焦点レーザー走査顕微鏡の開発
クレマー兄弟は、UVレーザーマイクロ照射装置の構築と応用で得た経験に基づいて、1978年にレーザー走査プロセスを設計しました。これは、集束レーザービームによって対象物の3次元表面を点ごとに走査し、走査型電子顕微鏡で使用されるものと同様の電子的手段によって全体像を作成するものです。[ 11 ]蛍光マーカーで標識された生物学的対象物の3D検出とレーザー走査法を初めて組み合わせた共焦点レーザー走査顕微鏡(CSLM)の構築計画により、クレマーはハイデルベルク大学の教授職を得ました。次の10年間で、共焦点蛍光顕微鏡は、特にアムステルダム大学とハイデルベルクの欧州分子生物学研究所(EMBL)とその産業界のパートナーの研究グループによって、技術的に完全に成熟した状態に発展しました。その後、この技術は生物分子および生物医学研究所で広く採用され、従来解像度の3次元光顕微鏡に関しては今日でもゴールドスタンダードとなっています。
超解像顕微鏡法の開発
顕微鏡の目的は多くの場合、個々の小さな物体のサイズを決定することです。従来の蛍光顕微鏡では、約 200 nm (横方向) という従来の光学的解像度 限界付近までしかサイズを確立できません。4 pi 特許出願を提出してから 20 年以上後、[ 11 ] [ 20 ] Christoph Cremer は回折限界の問題に戻りました。Vertico SMI顕微鏡を使用して、SMI、SPDM、SPDMphymod、LIMON などのさまざまな超解像技術を実現できました。これらの方法は主に生物医学アプリケーションで使用されています[ 21 ]
空間変調照明(SMI)
1995 年頃、彼は蛍光マーカーで染色した細胞ナノ構造のサイズ分解能を大幅に向上させた光顕微鏡プロセスの開発に着手しました。今回は、広視野顕微鏡の原理と構造化レーザー照明(空間変調照明、SMI)を組み合わせたものを使用しました[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]現在、30 ~ 40 nm(使用波長の約 1/16 ~ 1/13)のサイズ分解能 が達成されています。さらに、この技術はもはや集束顕微鏡の速度制限を受けないため、短い観察時間(現時点では数秒程度)で細胞全体の 3D 解析を行うことが可能になっています。SMI の曖昧さの解消: S = 空間的に、M = 変調、I = 照明。[ 25 ]
局在顕微鏡SPDM
また、1995 年頃、クレマーは、従来の解像度の数分の一まで有効光学解像度 (2 つの局所化された物体間の最小検出可能距離) を改善することを目標とした、蛍光ベースの新しい広視野顕微鏡アプローチを開発し、実現しました (スペクトル精度距離/位置決定顕微鏡、SPDM; 曖昧さの解消 SPDM: S = スペクトル、P = 精度、D = 距離、M = 顕微鏡)。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]
3D光顕微鏡ナノサイズ測定(LIMON)顕微鏡
SPDMとSMIを組み合わせたLIMON顕微鏡法。[ 30 ] Christoph Cremerは現在、生細胞全体の広視野画像で 2Dで約10 nm、3Dで40 nmの解像度を達成している。 [ 35 ]生細胞全体の広視野3D「ナノイメージ」は現在も約2分かかるが、これをさらに短縮する作業が現在進行中である。Vertico-SMIは現在、細胞全体の3次元構造解析のための世界最速の光学3Dナノスコープである。 [ 24 ] 3Dデュアルカラーモードでの生物学的応用として、Her2/neuおよびHer3クラスターの空間配置が達成された。タンパク質クラスターの3方向すべての位置を約25 nmの精度で決定することができた。[ 36 ]
参考文献
- ↑ 「物理天文学科」。www.physik.uni - heidelberg.de。2022年2月3日にオリジナルからアーカイブ済み。2021年12月22日に取得。
- ↑IMBのクリストフ・クレマー氏に名誉教授の称号が授与される
- ↑マインツ大学物理学部講師陣https://www.iph.uni-mainz.de/lehrende/ 2021年7月13日にWayback Machineにアーカイブ済み
- ↑光学IMBマインツ、クレマー研究室https://www.optics.imb-mainz.de/
- ↑ Guerra, John M. (1995年6月26日). "回折によって生成されるエバネッセント波による照明による超解像度" . Applied Physics Letters . 66 (26): 3555– 3557. Bibcode : 1995ApPhL..66.3555G . doi : 10.1063/1.113814 . ISSN 0003-6951 . 2022年4月27日のオリジナルからアーカイブ済み。 2022年5月2日取得。
- ↑ 「超解像光顕微鏡|クリストフ・クレマー教授|局在顕微鏡と構造化照明による光ナノスコピー」。2020年2月6日にオリジナルからアーカイブ済み。2020年10月1日に取得。
- ↑ https://www.imb.de/research-at-imb/cremer/research/
- ↑クリストフ・クレマー博士 | マックス・プランク高分子研究所(ドイツ) | STEM | COP 2021年4月https://www.youtube.com/watch?v=L0EMIQzyIAE 2021年7月13日にWayback Machineにアーカイブされました
- ↑ ORCHID 研究と研究者をつなぐ、クリストフ・クレマーの略歴https://orcid.org/0000-0002-2090-6905 2021年7月13日にWayback Machineにアーカイブ済み
- ↑英国王立顕微鏡学会 2021年イベントhttps://www.rms.org.uk/rms-event-calendar/2021-events/imaging-oneworld-spatially-modulated-illumination.html 2021年7月13日にWayback Machineにアーカイブされました
- 1 2 3 C. Cremer および T. Cremer (1978): 高解像度および被写界深度を備えたレーザー走査顕微鏡に関する考察Microscopica Acta VOL. 81 NUMBER 1 September, pp. 31—44 (1978)
- ↑ Cremer, T.; Cremer, C. (2006). "染色体領域の興隆、衰退、そして復活:歴史的展望 パートII. 1950年代から1980年代にかけての染色体領域の衰退と復活。パートIII. 染色体領域と機能的な核構造:1990年代から現在までの実験とモデル。In". European Journal of Histochemistry . 50 : 223–272 .
- ↑ C. Cremer および T. Cremer (1978): 高解像度および被写界深度を備えたレーザー走査顕微鏡に関する考察 Microscopica Acta VOL. 81 NUMBER 1 September, pp. 31—44 (1978)
- ↑ 2014年ノーベル化学賞https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2014/hell/biographical/ 2021年7月13日にWayback Machineにアーカイブ済み
- ↑ Hell, S.; Lindek, S.; Cremer, C.; Stelzer, EHK (1994). "4π共焦点点像分布関数の測定により、軸方向分解能75 nmが証明される". Applied Physics Letters . 64 (11): 1335– 1337. Bibcode : 1994ApPhL..64.1335H . doi : 10.1063/1.111926 .
- ↑ Hänninen, PE; Hell, SW; Salo, J.; Soini, E.; Cremer, C. (1995). "二光子励起4Pi共焦点顕微鏡 - 生物学的研究のための軸方向分解能が向上した顕微鏡". Applied Physics Letters . 68 (13): 1698–1700 . Bibcode : 1995ApPhL..66.1698H . doi : 10.1063/1.113897 .
- ↑クレメール、C.;クレーマー、T. (1974)。 「257 nm 用の紫外線レーザー マイクロビーム/Eine Laser-UV-Mikrobestrahlungsapparatur für 257 nm」。ミクロスコピカ アクタ。75 (4): 331–337。
- ↑ Lohs-Schardin, M.; Cremer, C.; Nüsslein-Volhard, C. (1979). "ショウジョウバエ幼虫表皮の運命地図:紫外線レーザーマイクロビームによる胚盤葉照射後の局所的なクチクラ欠損". Developmental Biology . 73 (2): 239–255 . doi : 10.1016/0012-1606(79)90065-4 . PMID 115734 .
- ↑ Nüsslein-Volhard, C.; Lohs-Schardin, M.; Cremer, C. (1980). "ショウジョウバエの新たな母性効果変異体における胚原基の背腹方向のずれ". Nature . 283 ( 5746): 474–476 . Bibcode : 1980Natur.283..474N . doi : 10.1038/283474a0 . PMID 6766208. S2CID 4320963 .
- ↑クレマー C、クレマー T (1971)
パンクソログラム: Physikalische Grundlagen und mögliche Anwendungen。特許出願 DE 2116521「Verfahren zur Darstellung bzw. Modifikation von Objekt-Details, deren Abmessungen außerhalb der sichtbaren Wellenlängen liegen」(可視波長を超える寸法を持つ物体の詳細の画像化および修正のための手順)の同封。 1971 年 4 月 5 日に提出。発行日 1972 年 10 月 12 日。ドイツ特許庁、ベルリン。http://depatisnet.dpma.de/DepatisNet/depatisnet?action=pdf&docid=DE000002116521A 2024 年 6 月 25 日にウェイバック マシンにアーカイブ - ↑ 「超解像顕微鏡の生物医学的応用」 。 2016年10月13日にオリジナルからアーカイブ済み。2016年10月13日に取得。
- ↑ 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 .
- ↑米国特許第7,342,717号、1997年7月10日出願:Christoph Cremer、Michael Hausmann、Joachim Bradl、Bernhard Schneider 検出点広がり関数を備えた波動場顕微鏡
- 1 2 Baddeley, D.; Batram, C.; Weiland, Y.; Cremer, C.; Birk, UJ (2007). "空間変調照明顕微鏡を用いたナノ構造解析". Nature Protocols . 2 (10): 2640–2646 . doi : 10.1038/nprot.2007.399 . PMID 17948007. S2CID 22042676 .
- ↑ Best, G; Amberger, R; Baddeley, D; Ach, T; Dithmar, S; Heintzmann, R; Cremer, C (2011). "ヒト組織における自家蛍光凝集体の構造化照明顕微鏡観察". Micron . 42 (4): 330–335 . doi : 10.1016/j.micron.2010.06.016 . PMID 20926302 .
- ↑ 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.). "従来型、共焦点レーザー走査型、軸方向断層撮影型蛍光顕微鏡における3次元局在精度の比較研究". Proc. SPIE . Optical Biopsies and Microscopic Techniques. 2926 : 201– 206. Bibcode : 1996SPIE.2926..201B . doi : 10.1117/12.260797 . S2CID 55468495 .
- ↑米国特許第6,424,421号、1996年12月23日出願:Christoph Cremer、Michael Hausmann、Joachim Bradl、Bernd Rinke 物体構造間の距離を測定する方法および装置
- ↑ Heintzmann, R.; Münch, H.; Cremer, C. (1997). "落射蛍光顕微鏡における高精度測定 - シミュレーションと実験". Cell Vision . 4 : 252–253 .
- ↑ Manuel Gunkel、Fabian Erdel、Karsten Rippe、Paul Lemmer、Rainer Kaufmann、Christoph Hörmann、Roman Amberger、Christoph Cremer:細胞ナノ構造の二色局在顕微鏡。掲載:バイオテクノロジー ジャーナル、2009、4、927–938。 ISSN 1860-6768
- 1 2 Reymann, J; Baddeley, D; Gunkel, M; Lemmer, P; Stadter, W; Jegou, T; Rippe, K; Cremer, C; Birk, U (2008 年 5 月). "空間変調照明 (SMI) 顕微鏡法による固定細胞および生細胞における核内複合体の高精度構造解析" . Chromosome Research . 16 (3): 367– 82. doi : 10.1007/s10577-008-1238-2 . PMID 18461478 .
- ↑ Cremer、R. Kaufmann、M. Gunkel、S. Pres、Y. Weiland、P- Müller、T. Ruckelshausen、P. Lemmer、F. Geiger、S. Degenhard、C. Wege、N- AW Lemmermann、R. Holtappels、H. Strickfaden、M. Hausmann (2011): スペクトル精度距離による生物学的ナノ構造の超解像イメージング顕微鏡: バイオテクノロジー 6: 1037–1051
- ↑ Manuel Gunkel、Fabian Erdel、Karsten Rippe、Paul Lemmer、Rainer Kaufmann、Christoph Hörmann、Roman Amberger、Christoph Cremer (2009):細胞ナノ構造の二色局在顕微鏡法。掲載: バイオテクノロジー ジャーナル、2009、4、927 ~ 938。 ISSN 1860-6768
- ↑ C. Cremer、R. Kaufmann、M. Gunkel、F. Polanski、P. Müller、R. Dierkes、S. Degenhard、C. Wege、M. Hausmann、U. Birk:「ウイルス学における局在顕微鏡法の応用展望」、Histochem Cell Biol (2014)
- ↑ Qiaoyun Wang、Rüdiger Dierkes、Rainer Kaufmanna、Christoph Cremer:「局在顕微鏡法を用いたインフルエンザAウイルス感染ヒト上皮細胞における個々の肝細胞増殖因子受容体クラスターの定量的解析」 Biochimica et Biophysica Acta (2014)
- ↑ P. Lemmer、M. Gunkel、D. Baddeley、R. Kaufmann、A. Urich、Y. Weiland、J. Reymann、P. Müller、M. Hausmann、C. Cremer (2008): SPDM – ナノスケールでの単一分子分解能を持つ光顕微鏡: Applied Physics B、第93巻、1-12ページ
- ↑ Kaufmann, Rainer; Müller, Patrick; Hildenbrand, Georg; Hausmann, Michael; Cremer, Christoph (2010). "局在顕微鏡法を用いた様々なタイプの乳がん細胞における Her2/neu 膜タンパク質クラスターの解析". Journal of Microscopy . 242 (1): 46– 54. doi : 10.1111/j.1365-2818.2010.03436.x . PMID 21118230 . S2CID 2119158 .
外部リンク
- 超解像顕微鏡/光ナノスコピーの歴史
- ドイツ、マインツにあるimbのクリストフ・クレマーの研究室
- 出版物一覧
- World of Photonics誌のインタビュー記事より
- 記念論文「クレマー教授65歳の誕生日を記念して、光顕微鏡による細胞内構造の解明」、European Biophysics Journal