Dortmund, 13. Mai 2026
Dr. Davide Panzeri ist Biophysiker und forscht in der Arbeitsgruppe AMBIOM – Analysis of Microscopic BIOMedical Images zu KI-basierter biomedizinischer Bildanalyse. Mit seinem neuen Projekt PRISM – Physics-aware Generative AI for Double-Blind Spectral Unmixing möchte er die Fluoreszenzmikroskopie maßgeblich optimieren. Sein Ziel: Fluoreszenzsignale schneller und präziser voneinander trennen – auch dann, wenn sie sich stark überlappen. Dafür erhält der 30-Jährige von der Europäischen Union ab 1. Juni 2026 ein zweijähriges Marie-Skłodowska-Curie Fellowship (s. Infobox) in Höhe von 218.000 Euro.
Die Fluoreszenzmikroskopie ist eine wirkungsvolle Methode, um zelluläre Strukturen in einer Probe sichtbar zu machen und zu analysieren. Dabei binden Fluorophore (fluoreszierende Moleküle wie Farbstoffe oder fluoreszierende Proteine) an molekulare Zielstrukturen auf der Oberfläche oder im Inneren von Zellen (beispielsweise an Proteine, DNA, Enzyme, Viren). Bei Anregung durch spezifische Lichtwellenlängen emittieren die Fluorophore an markierten Zellbestandteilen das Licht in unterschiedlichen Farben, etwa in Rot, Grün oder Blau. Die Farben geben beispielsweise Informationen über Organisation, Interaktion und Dynamik einer Zelle. So leistungsfähig die Methode ist, so zeitintensiv und herausfordernd ist ihre Auswertung.
Bei PRISM setzt Panzeri auf einen Doppel-Blind-Ansatz. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren kommt die Methode ohne vorherige Kenntnis der Spektralprofile und der Anzahl beteiligter Fluorophore aus.
© ISAS
Das Problem: überlappende Farbspektren & Autofluoreszenz
Eine zentrale Herausforderung ist die spektrale Überlappung. „Emissionsspektren verschiedener Fluorophore können sich überschneiden. Dadurch lassen sich die Fluoreszenzsignale nicht mehr eindeutig einer bestimmten Struktur zuordnen“, erklärt Panzeri. Diese Vermischung beeinflusse sowohl die qualitative Interpretation als auch die quantitative Analyse der Daten. Das möchte der Biophysiker ändern, deswegen forscht er am ISAS an KI-basierten Entmischungsverfahren.
Das derzeit gängige computergestützte Spectral Unmixing ermittelt anhand definierter Referenzspektren den Beitrag jedes Fluorophors zum Gesamtsignal. Das Verfahren ist etabliert, setzt jedoch voraus, dass die Anzahl der beteiligten Fluorophore sowie deren Spektralprofile bekannt sind. „Spectral Unmixing erfordert eine sorgfältige Vorkalibrierung“, sagt Panzeri. „Eine weitere Herausforderung bleibt die Autofluoreszenz: bestimmte biologische Strukturen fluoreszieren bei einer Anregung durch Licht spontan, ohne angelagerte Fluoreszenzfarbstoffe, und mischen sich damit zusätzlich ins Signal.“
Blindes Separieren ohne Kenntnis einzelner Spektralprofile
Mit PRISM verfolgt Panzeri einen Doppel-Blind-Ansatz, der im Gegensatz zu bisherigen Verfahren ohne vorherige exakte Kenntnis der Spektralprofile und Anzahl der beteiligten Fluorophore auskommen soll. Ein Blind-Algorithmus soll diese Spektralprofile aus den gemessenen Mikroskopaufnahmen ohne Vorwissen über die einzelnen Daten ermitteln. Panzeri entwickelt dafür eine KI-gestützte Methode, die eine zeit- und kostenintensive Vorkalibrierung umgeht. Die Methode soll es biomedizinischen Forschenden ermöglichen, das Ausmaß der Überlappung von Fluorophoren innerhalb einer Zelle präziser und schneller zu bestimmen. Mit Echtdaten und Simulationen trainiert Panzeri dafür ein neuronales Netzwerk, um Zellbestandteile in Gruppen mit ähnlichen Fluoreszenzeigenschaften zusammenzufassen und so funktionelle Muster in komplexen Geweben zu erkennen. Dabei spielt auch die vorhandene Autofluoreszenz eine wichtige Rolle.
Marie Skłodowska-Curie Actions
Die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen Postdoctoral Fellowships fördern herausragende Forschungsprojekte und stärken die Zusammenarbeit zwischen Ländern, Sektoren und wissenschaftlichen Disziplinen. Als eines der renommiertesten Forschungsstipendien der Europäischen Union unterstützen sie exzellente Postdocs in vielfältigen Forschungsbereichen. Gefördert werden Projekte mit einer Laufzeit von zwölf bis 36 Monaten. Bewerben können sich Forschende aller Nationalitäten, die an einer EU-Einrichtung tätig sind und maximal acht Jahre Forschungserfahrung nach der Promotion haben.
In einem weiteren Schritt plant Panzeri, die natürlichen Lichtemissionen systematisch mit in die Analyse einzubeziehen. Anders als bisherige Ansätze, die Autofluoreszenz primär als Störsignal entfernen, möchte er ihren spezifischen Beitrag differenziert erfassen und gezielt in die Auswertung integrieren. All dies würde es biomedizinischen Forschenden ermöglichen, komplexe biologische Prozesse zu beobachten, die vorher durch die Begrenzungen der Spektralsignale nicht vom Hintergrundrauschen unterscheidbar waren.
Einer von ca. 17.000
Für Panzeri ist die Marie-Curie-Förderung eine wertvolle Anerkennung und zugleich eine starke Bestätigung seines Forschungsvorhabens: EU-weit gehört er zu rund 1.600 Postdocs, die 2026 dieses Fellowship erhalten. Insgesamt gingen mehr als 17.000 Bewerbungen ein.
(Saskia Schlesinger)
