Schneidendes Lasermikroskop ermöglicht Nanochirurgie

Mit einem am LZH entwickelten lasergestützten Mikroskopaufbau können zelluläre Vorgänge beobachtet werden. Mit dem Lasermikroskop ist auch ein direktes Eingreifen im Innern einer lebenden Zelle möglich.

Um die Fülle an Information innerhalb einer Zelle zu entschlüsseln und somit nutzbar machen zu können, müssen die komplexen Zusammenhänge und Abläufe von Zellfunktionen verstanden werden. Dazu bedarf es neuartiger Werkzeuge, mit deren Hilfe diese Vorgänge nicht nur innerhalb lebender Zellen studiert sondern zugleich beeinflusst werden können. Mit einem am LZH entwickelten lasergestützten Mikroskopaufbau kann jetzt neben der dreidimensionalen Beobachtung zellulärer Vorgänge auch ein direktes Eingreifen im Innern einer lebenden Zelle realisiert werden.

Zum Einsatz kommt ein Femtosekundenlaser, dessen infrarote Laserpulse lediglich 100 fs (10-15s) lang sind. Die sehr hohen Intensitäten am Ort des Fokus eines Mikroskopobjektivs induzieren ein Mikroplasma, das einen Schneid- oder Abtragseffekt bewirkt. Die direkte Umgebung bleibt dabei nahezu unberührt und der Eingriff ist äußerst schädigungsarm. Selbst ein Arbeiten tief im lebenden Gewebe wird so möglich.

Eine erste Anwendung ergab sich in der Biomechanik: Zellen besitzen ein inneres filamentartiges Netzwerk, das Zytoskelett, das für die Gewebeentwicklung und Wundheilung eines Organismus besonders wichtig ist. Einzelne Stränge des Zytoskeletts konnten mit dem Laser durchtrennt und die Auswirkungen auf die Zelle studiert werden. Die so genannte Nanochirurgie erlaubt es auch, Strukturen innerhalb einer lebenden Zelle gezielt zu manipulieren, um ein besseres Verständnis der Abläufe in Zellen zu erlangen. So können z.B. Mitochondrien, die „Kraftwerke“ einer Zelle, selektiv zerstört werden, was wichtige Erkenntnisse für eine verbesserte Krebstherapie ermöglicht.

Das Lasermikroskop wurde vom Autor während eines DFG-geförderten Forschungsaufenthaltes an der Harvard Universität in der Gruppe von Professor Eric Mazur weiterentwickelt. Im Mai wurde die Entwicklung mit dem Kaiser-Friedrich-Forschungspreis 2005 ausgezeichnet.
Weiter ist geplant, in Kooperation mit der Firma Rowiak GmbH, Hannover, innerhalb der nächsten drei Jahre ein kompaktes und einfach zu handhabendes „Schneidendes Mikroskop“ zu realisieren, das auch Zellbiologen, Medizinern und Pharmazeuten einen einfachen Zugang zu dieser faszinierenden Technologie ermöglicht. Das mit der Universität Hannover gemeinsam durchgeführte F&E-Vorhaben wird vom niedersächsischen Wirtschaftsministerium im Rahmen der Förderinitiative „Biophotonik“ unterstützt.

Kontakt:
Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Michael Botts
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E-Mail: m.botts@lzh.de

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.