Mit einem neu entwickelten Nano-Skalpell können gezielt einzelne Bestandteile menschlicher DNA oder von Tumorzellen inaktiviert werden. Die Kombination aus Laser-Licht und Nanopartikeln ermöglicht erstmals Bohrungen und Schnitte, die 2.000mal feiner sind als die Breite eines Haares. Mit einer Größe von 40 Nanometern ist den Entwicklern bereits die weltweit kleinste optische Nano-Bohrung in ein einzelnes Chromosom gelungen. Über dieses neue Werkzeug der Molekülchirurgie berichtet die Zeitschrift Nature Nanotechnology.
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Es ist nicht der Lichtstrahl selbst, der Löcher in Chromosomen brennt oder in einzelne Moleküle schneidet. Denn auf einen so winzigen Punkt lässt sich das Laserlicht nicht mehr fokussieren. Vielmehr war ein Kunstgriff nötig, mit dem es dem Mikrosensoriker und Laserphysiker Karsten König zusammen mit einem Forschungsteam aus Jena gelang, die kleinste optische Bohrung in ein einzelnes Chromosom vorzunehmen: Die Forscher nutzten die Wechselwirkung zwischen Nanopartikeln und Licht.
Nanopartikel fängt Licht
Hierzu wird ein Nano- Metallkügelchen mit Hilfe molekularbiologischer Methoden an die Gensequenz gebunden, die ausgeschaltet werden soll. Dies war eine bestimmte Region des Chromosoms 1. 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.
Die Firma JenLab GmbH, die Mitarbeiter auch an den Standorten St.
Ingbert und Saarbrücken beschäftigt, hat die Basistechnologie zum weltweiten Patent angemeldet. Die Forschungen wurden als Nanobiotechnologie-Projekt vom Bundesforschungsministerium gefördert.
(idw – Universität des Saarlandes, 11.05.2007 – AHE)
