Dem Leben auf der Spur - Schneidendes Lasermikroskop eröffnet neue Wege in der Krebsforschung
Forscher des Laser Zentrums Hannover erhält für neuartiges Werkzeug zur Beobachtung und Manipulation auf zellulärer und molekularer Ebene den Kaiser-Friedrich-Forschungspreis 2005
Die komplexen Zusammenhänge des Geschehens in lebenden Zellen und Zellverbänden verstehen, beeinflussen und damit nutzbar machen zu können, ist vordringliches Ziel aktueller Forschung in den Life Sciences. Für Mediziner erschließen sich damit wesentliche Einblicke in die Ursachen von Krankheiten und Möglichkeiten der Heilung.
Dr. Alexander Heisterkamp (33) vom Laser Zentrum Hannover hat mit der Weiterentwicklung eines lasergestützten Mikroskopaufbaus einen entscheidenden Fortschritt für die Zellbiologie und medizinische Forschung geleistet. Die einmalige Technologie ermöglicht die äußerst schonende dreidimensionale Beobachtung zellulärer Vorgänge verbunden mit dem direkten Eingreifen bzw. Manipulieren von Zellbestandteilen im Innern einer lebenden Zelle. Dafür wurde ihm am 03. Mai der Kaiser-Friedrich-Forschungspreis 2005 verliehen.
Ein so genannter Femtosekundenlaser ist das Herzstück des Mikroskops. Seine infraroten Lichtpulse sind lediglich 100 Femtosekunden 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. 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.
Eine erste konkrete Anwendung liegt in der Zell-Biomechanik: 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 Dr. 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 z.B. Mitochondrien, die Kraftwerke einer Zelle, zerstört werden, was wiederum wichtige Erkenntnisse für eine verbesserte Krebstherapie ermöglicht.
Dr. Heisterkamp hat das Lasermikroskop während eines Forschungsaufenthaltes, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, an der Harvard Universität weiterentwickelt. Nun soll vom LZH in Kooperation mit der Hannoveraner Firma Rowiak GmbH innerhalb der nächsten drei Jahre ein kompaktes und einfach zu handhabendes "Schneidendes Mikroskop" realisiert werden, dass auch Zellbiologen und Forschern aus Medizin und Pharmazie einen einfachen Zugang zu dieser faszinierenden neuen Technologie ermöglicht. Das gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsvorhaben wird vom niedersächsischen Wirtschaftsministerium im Rahmen der Förderinitiative "Biophotonik" gefördert.
Der mit 15.000 Euro dotierte Kaiser-Friedrich-Forschungspreis ist den Optischen Technologien gewidmet und wird 2005 für herausragende Arbeiten auf dem Gebiet der Biophotonik vergeben.
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