Die Weiterentwicklung eines lasergestützten Mikroskopaufbaus ermöglicht die dreidimensionale Beobachtung zellulärer Vorgänge. Damit erleichtert es das direkte Eingreifen und Manipulieren von Zellbestandteilen im Innern einer lebenden Zelle. Für diesen möglicherweise entscheidenden Fortschritt in der zellbiologischen und medizinischen Forschung wurde Alexander Heisterkamp vom Laser Zentrum Hannover der Kaiser-Friedrich- Forschungspreis 2005 verliehen.
Ein so genannter Femtosekundenlaser ist das Herzstück des Mikroskops. Seine infraroten Lichtpulse sind lediglich 100 Femtosekunden (10-15 s) lang. Zur Veranschaulichung: In einer Sekunde umrundet das Licht etwa sieben Mal die Erde, in 100 Femtosekunden kommt es weniger als eine Haaresbreite weit. Da der Laser seine Energie in diesen kurzen Zeitintervallen bündelt, werden extrem hohe Intensitäten am Ort des Fokus eines Mikroskopobjektivs erreicht.
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Normalerweise ist biologisches Material durchsichtig für die Laserstrahlung. Lediglich am Fokus „stoppt“ das Licht und induziert ein Mikroplasma, welches einen Schneid- bzw. Abtragseffekt erzielt. Da die Energie in so kurzer Zeit in die Zelle eingebracht wird, bleibt die direkte Umgebung nahezu unberührt, der Eingriff ist daher äußerst schädigungsarm. Ein Arbeiten im Innern von lebenden Zellen, mitunter auch tief im Gewebe, wird so möglich.
Zellen im Visier
Zellen besitzen ein inneres filamentartiges Netzwerk, das Zytoskelett, das äußerst wichtig für die Gewebeentwicklung und Wundheilung eines Organismus ist. Einzelne Stränge des Zytoskeletts, die so genannten Actinfasern, konnte Heisterkamp mit dem Laser durchtrennen und Rückschlüsse auf die mechanische Stabilität der Zelle ziehen. Über das Zytoskelett kann auch ein induzierter Zelltod angeregt und die Prozesse dabei genau analysiert werden. Dies ist für die Krebsforschung von besonderem Interesse. Darüber hinaus können mit dem Laser gezielt einzelne Zellorganellen, wie zum Beispiel Mitochondrien, die Kraftwerke einer Zelle, zerstört werden, was wiederum wichtige Erkenntnisse für eine verbesserte Krebstherapie ermöglicht.
Heisterkamps Lasermikroskop soll nun innerhalb der nächsten drei Jahre in ein kompaktes und einfach zu handhabendes „Schneidendes Mikroskop“ umgewandelt werden. Dadurch hätten auch Zellbiologen und Forscher aus Medizin und Pharmazie einen einfachen Zugang zu dieser neuen Technologie. Das gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsvorhaben wird vom niedersächsischen Wirtschaftsministerium im Rahmen der Förderinitiative „Biophotonik“ gefördert.
(PhotonicNet GmbH, 04.05.2005 – AHE)
