Wie Krebs entsteht – und mit energiereichen Ionen geheilt werden kann

Ein gelbes Dreieck mit einer schwarzen stilisierten Strahlenquelle warnt: Hier droht Gefahr für Leib und Leben. Solche Schilder, die beispielsweise an Teilchenbeschleunigern oder Massenspektrometern zu finden sind, machen auf ionisierende Strahlung aufmerksam.

Diese Strahlen besitzen so viel Energie, dass sie Elektronen aus Atomen „herausschlagen“ und so Lebewesen und ihren Biomolekülen irreversibel Schaden zufügen, in deren Folge beispielsweise Krebs entstehen kann.

Was bei der Interaktion dieser energiereichen Strahlung mit Biomolekülen genau passiert, das wollen Chemiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena nun unter die Lupe nehmen. Dazu haben sie das Forschungsprojekt „ATTONEW“ gestartet, das von der Europäischen Kommission im Rahmen eines Marie Curie-Stipendiums gefördert wird.

„Es stellt sich zunehmend heraus, dass weniger die Strahlung selbst für die Schäden an den Biomolekülen verantwortlich ist, als vielmehr energiereiche Teilchen, die bei der Passage der Strahlung durch die Biomoleküle entstehen“, erläutert Prof. Dr. Leticia González einen ersten Anhaltspunkt. „Wir wollen deshalb die Wechselwirkungen dieser Ionen mit den Biomolekülen in Echtzeit beobachten, um diese Prozesse besser zu verstehen“, so die Jenaer Professorin für Physikalische und Theoretische Chemie. „Das Problem dabei ist, dass diese Vorgänge unheimlich schnell ablaufen.“

„Unheimlich schnell“ bedeutet in diesem Fall: Es handelt sich um Ereignisse im Atto-Sekunden-Bereich – dem Trillionsten Teil einer Sekunde. Um solche Vorgänge „beobachten“ zu können, braucht man Laserlicht mit extrem kurzer Wellenlänge, etwa im Bereich der Röntgenstrahlung. „Je kürzer und energiereicher diese Laserpulse zudem sind, umso kleinere Details lassen sich damit sichtbar machen“, erläutert Dr. Marta Labuda. Die polnische Wissenschaftlerin arbeitet seit kurzem als Marie Curie-Stipendiatin im Labor von Prof. González. Dank der rasanten Entwicklung im Bereich der Lasertechnik mit neuen leistungsstarken Freien-Elektronen-Lasern könnten mittlerweile genau solche ultrakurzen Röntgenpulse mit ausreichender Intensität erzeugt werden, schwärmt die junge Forscherin.

Was passiert, wenn energiereiche Ionen auf Moleküle des menschlichen Erbgutes treffen, das wird Dr. Labuda in den kommenden zwei Jahren an der Universität Jena erforschen. „Damit betreten wir absolutes Neuland“, so die aus Masuren stammende Forscherin. Allerdings planen Marta Labuda und ihre Jenaer Kollegen vorerst keine Labor-Experimente: Sämtliche Untersuchungen werden allein im Computer stattfinden. „Die hochkomplexen Bedingungen, wie sie beispielsweise in einem lebenden Organismus vorliegen, lassen sich im Labor gar nicht nachstellen“, erklärt Dr. Labuda dieses Vorgehen.

Ihre Erkenntnisse, so die Hoffnung der Chemiker, werden jedoch nicht nur wichtige Informationen für die theoretische und praktische Grundlagenforschung liefern. „Es ergeben sich daraus langfristig auch zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten“, betont Prof. González. Denn energiereiche Ionen verursachen nicht nur Schäden am Erbgut und können dadurch schwere Krankheiten, wie Krebs, auslösen. „Genau diese Teilchen können auch dazu genutzt werden, Krebszellen und krankes Gewebe gezielt zu zerstören“, so González weiter. Mit ihrem aktuellen Projekt wollen die Jenaer Forscherinnen nun die theoretischen Grundlagen für solche Therapien legen.

Kontakt:
Prof. Dr. Leticia González, Dr. Marta Labuda
Institut für Physikalische Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Helmholtzweg 4, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 948360
E-Mail: leticia.gonzalez[at]uni-jena.de