Der Laser wird zum Nano-Skalpell: Neues Werkzeug ermöglicht Molekülchirurgie

14.05.2007

Gezielt können einzelne Bestandteile menschlicher DNA oder von Tumorzellen inaktiviert werden: Der Saarbrücker Mikrosensoriker und Laserphysiker Prof. Dr. Karsten König hat mit einem Forschungsteam aus Jena ein neues Werkzeug zur Molekülchirurgie entwickelt. Durch eine Kombination aus Laser-Licht und Nanopartikel werden erstmals Bohrungen und Schnitte 2000 mal feiner als die Breite eines Haares möglich. Mit einer Größe von 40 Nanometern ist Professor König und seinen Teamkollegen die weltweit kleinste optische Nano-Bohrung in ein einzelnes Chromosom gelungen. Die Zeitschrift Nature Nanotechnology beschrieb die Entwicklung als "Forschungs-Highlight 2007" unter der Überschrift "Nanoparticles: Catch the Light".

Es ist nicht der Lichtstrahl selbst, der Löcher in Chromosomen brennt oder in einzelne Moleküle schneidet. Auf einen so winzigen Punkt lässt sich das Laserlicht nicht mehr fokussieren. Professor Karsten König erreichte mit den ultrakurzen Laserpulsen seines Femtosekundenlasers einen Licht-Fokus von etwa einem Millionstel Meter - auch das war noch zu groß für die Nanochirurgie. Mit einem Kunstgriff ist Professor König jetzt gemeinsam mit Kollegen der Firma JenLab GmbH und vom Jenaer Institut für Photonische Technologien der Durchbruch gelungen: Der Biophysiker nutzt die Wechselwirkung zwischen Nanopartikeln und Licht. Hierzu wird ein Nano-Metallkügelchen mit Hilfe molekularbiologischer Methoden an die Gensequenz gebunden, die ausgeschaltet werden soll. Das Licht des Femtosekundenlasers - ultrakurze Laserpulse im nahen infraroten Spektralbereich - trifft ähnlich einem Scheinwerfer auf die Umgebung des Chromosoms. Der Nanopartikel fängt das Licht auf, erwärmt sich und brennt ein nur 40 Nanometer großes Loch exakt in diese Stelle - das entspricht einem Durchmesser von einem Zweitausendstel einer Haaresbreite. "Optical knock-out" nennen das die Wissenschaftler. Die umliegenden Teile des Chromosoms bleiben dabei unbeschadet.

Diese Kombinationstechnik aus Nanopartikel und ultrakurzen Laserpulsen schafft die Grundlage für eine Laser-Nanochirurgie. Erstmals werden eine hochpräzise optische DNA-Chirurgie und optische Nanomanipulation von Molekülen möglich. Dies eröffnet vollkommen neue therapeutische Möglichkeiten. So lassen sich zukünftig in der Gentherapie bestimmte genomische Bereiche der DNA, etwa solche, die einen genetischen Defekt verursachen, gezielt inaktivieren. Auch in der Tumor-, Neuro- oder Augenchirurgie sehen die Forscher Anwendungsfelder ihrer Methode. Das Team um Professor König am Lehrstuhl für Mikrosensorik der Universität des Saarlandes und am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik in St. Ingbert arbeitet derzeit daran, Proteine und einzelne Bestandteile von Tumorzellen optisch außer Gefecht zu setzen.

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