10.03.2009 - Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Wenn die Wand nichts mehr verbergen kann

Laserstrahlen lassen Forscher verborgene Strukturen in Medikamenten erkennen

Sie können durch die Wand sehen, die Forscher am Max-Planck-Institut für Metallforschung. Mithilfe von Laserstrahlen haben sie erstmals das Innere winziger Kunststoffkügelchen sichtbar gemacht. Dabei entdeckten sie geordnete Strukturen, die diese Kugeln stabilisieren. Vielleicht können die Wissenschaftler nun erklären, wie eine Arznei aus diesen Kügelchen gegen Leberkrebs wirkt. Bisher mussten die Forscher die Hülle aufschneiden, um zu sehen, wie ein Medikament von Innen aussieht. Dabei verletzten sie das Material und störten manchmal sogar chemische Reaktionen. Nun schauen die Wissenschaftler einfach durch den Mantel. Auf diesem Weg wollen sie unter anderem aufklären, wie Heilmittel funktionieren.

Zwei Laserstrahlen sind es, die den Forschern den Blick durch die Wand ermöglichen. Einer ist für das Auge des Menschen sichtbar, der zweite nicht, er besteht aus infrarotem Licht. Flach treffen die beiden Laserstrahlen auf den Festkörper. Sie überlagern sich im Material und bilden so einen neuen Strahl, der an den Atomen in alle Richtungen reflektiert wird. Nicht-lineare Lichtstreuung heißt dieses Verfahren.

Eine Kamera fängt die reflektierten Laserstrahlen ein. Das aufgezeichnete Wellenmuster verrät, wie stark die Bausteine geordnet sind, wie weit sich der geordnete Bereich erstreckt und wo er ungefähr liegt. Ein breites Muster deutet auf sehr kleine geordnete Strukturen innerhalb des Materials hin, kleine kristalline Bereichen wie die Forscher sagen. Solche haben die Stuttgarter Wissenschaftler in einem Medikament entdeckt, das gegen Leberkrebs eingesetzt werden soll. Die Kügelchen, aus denen das Arzneimittel besteht, hatten sich in der Vergangenheit als sehr robust erwiesen. "Sie überstanden drei Stunden radioaktive Bestrahlung schier unverändert. Keiner wusste wieso", erzählt Sylvie Roke vom Max-Planck-Institut für Metallforschung. Jetzt scheint ihre Arbeitsgruppe den Grund für die Stabilität zu kennen: Die geordneten Bereiche bilden ein festes kristallines Gerüst, in das sich der Wirkstoff einnistet.

Viele Medikamente bestehen aus mehreren Komponenten. Meist liegt die Substanz, die für die Wirkung verantwortlich zeichnet, hinter einer undurchsichtigen Hülle. Daher konnten die Forscher bislang nicht von außen sehen, wie die Bausteine angeordnet sind, die dem Medikament seine Wirkung verleihen. Auch die chemischen Reaktionen blieben ihnen verborgen. "Mit der nicht-linearen Lichtstreuung können wir die Prozesse jetzt direkt am Ort des Geschehens beobachten und zudem die Strukturen bestimmen, die für die Wirkung verantwortlich sind", erläutert Roke

Die Forscher wollen nicht nur Arzneimittel analysieren. Sie hoffen, mithilfe des neuen Verfahrens auch verborgene Wachstumsprozesse in Festkörpern zu verstehen und zu erkennen, wo genau Stoffe an Transportproteine andocken, um beispielsweise ins Blut zu gelangen. Begleitet von Frank Nijsen von der niederländischen Universität Utrecht testen Krebsspezialisten das Medikament gegen Leberkrebs ab Mai an Patienten. Das Team um Sylvie Roke wird dann mithilfe der nicht-linearen Lichtstreuung untersuchen, ob und wie die Struktur dieser winzigen Kügelchen sich durch Wechselwirkung mit dem menschlichen Körper ändert.

Originalveröffentlichung: A.G.F. de Beer, H.B. de Aguiar, J.F.W. Nijsen, S. Roke; "Detection of buried microstructures by nonlinear light scattering spectroscopy"; Physical Review Letters, 6. März 2009, 102, 095502-1 - 095502-4

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