Biotech Experte: Neues von der Nanotechfront

Quantum Dots ermöglichen den Einblick in zelluläre Prozesse

Erst vor kurzem gelang es Forschern der Max-Planck Gesellschaft in Göttingen mittels Nanokristallen, bestehend aus Halbleitern, einen ersten Blick in das innere einer lebenden Zelle zu werfen und die Übermittlung von Steuersignalen für Gene sogar im Film festzuhalten. Mit Hilfe dieser Nanokristalle sollen sich in Zukunft gemäß den beteiligten Forschern neue und bessere Krebstherapien in einem sehr viel kürzeren Zeitraum entwickeln lassen.

Die Experimente, die einen direkten Einblick in eine einzelne Zelle gewährten, wurden mit zwei Forschergruppen der argentinischen Universidad de Buenos Aires durchgeführt. Dabei wurden Quantenpunkte, so genannte Quantum Dots, kurz QDs, als winzige Markerteilchen genutzt. QDs sind in etwa ein zehn Millionstel Millimeter große Halbleiterkristalle mit denen sich auf Grund ihrer geringen Größe die Bestandteile der Zellen, wie Gene, Nukleinsäuren, Proteine und sogar noch kleinere Moleküle markieren und damit sichtbar machen und verfolgen lassen.

Die QDs haben im Vergleich zu den bisher genutzten natürlich vorkommenden fluoreszierenden Verbindungen, wie beispielsweise die Proteine aus Quallen und Glühwürmchen, mehrere Vorteile. Zum einen leuchten QDs länger und sehr viel intensiver als die organischen Fluoreszenzstoffe, zum anderen verfügen sie über ein sehr viel breiteres Anregungsspektrum.

Dies bedeutet, dass eine Mixtur aus Quantum Dots verschiedener Größe durch die Einwirkung von Laserlicht einer einzigen Wellenlänge angeregt und damit zum Leuchten in verschiedenen Farben gebracht werden kann. Auf diese Weise lässt sich in einer Zelle simultan eine Vielzahl verschiedener Verbindungen über die Aussendung von verschieden farbigem Fluoreszenzlicht detektieren.

Die Göttinger Forscher ließen Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge auf die Zellen einwirken, wodurch es zur Ausbildung von QD-Komplexen kam, welche ihrerseits an ihre Zielmoleküle andockten und in Abhängigkeit von ihrer Größe in unterschiedlichen Farben zu leuchten begannen. Die dabei von den QD-Komplexen emittierten Strahlungsmengen waren laut den Forschern der MPG bis zu 1000-fach höher als die durch organische Fluoreszenzverbindungen emittierten Strahlungsmengen.

Auf diese Weise lassen sich selbst einzelne Moleküle in einer Zelle detektieren und auf ihrem Weg durch die Zelle verfolgen, eine Nachweisgrenze die mit den herkömmlichen Fluoreszenzstoffen nie erreicht werden kann.

Das internationale Forscherteam konnte bei seinen Experimenten mit QDs erstmals die Signalübermittlung innerhalb der so genannten erbB-Rezeptorenfamilie, einer Zielgruppe vieler Krebsmedikamente, sichtbar machen. Darüber hinaus gelang es den Forschern erstmalig, die von Wachstumsfaktoren abhängige Kommunikation einer Zelle mit ihrer Umgebung in bewegten Bildern festzuhalten.

Die Experimente an einer lebenden Zelle ergaben völlig neue Einsichten in zelluläre Prozesse und Interaktionen, wie man sie bisher nur an fixierten, also toten Zellen studieren konnte. Die Forschungsarbeit der Max-Planck-Wissenschaftler, die auch im Fachmagazin "Nature Biotechnology" publiziert wurde, soll nun dazu beitragen, das Verständnis der Signalübertragung in Zellen noch weiter zu verbessern und auf Basis dieses Wissens innovative und wirkungsvolle Medikamente vor allem gegen Krebserkrankungen zu entwickeln.

Damit geht die Bionanotechnologie einen weiteren, wenn auch nur kleinen Schritt, in Richtung auf ihr anvisiertes Ziel, nämlich in einer fernen Zukunft Erkrankungen wirklich einmal heilen zu können, anstelle, wie heute noch überwiegend üblich, nur deren Symptome zu lindern.

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Simone A. Hörrlein
Staatl. gepr. LebChem (Univ.)
(Life Scientist)

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