Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Zelle als Operationsfeld

17.04.2012
Mikrochirurgische Eingriffe, beispielsweise am Auge, sind seit Jahrzehnten Routine. Doch wie steht es mit einer lebenden Zelle als Operationsgebiet?
Mechanische Instrumente könnten hier auch im Miniaturformat nur Zerstörung anrichten. Dennoch arbeiten Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und des Uniklinikums Erlangen daran, die Prinzipien der klassischen Chirurgie auf Behandlungen innerhalb der Zellmembran zu übertragen. Vom gewohnten Handwerkszeug der Chirurgen bleiben jedoch nur Begriffe; Nanopartikel und Laser ersetzen das Operationsbesteck beim Schneiden, Greifen und Verschließen von Schnitten auf subzellulärer Ebene.

Zur Erforschung nanochirurgischer Verfahren hat sich eine interdisziplinäre Gruppe des Lehrstuhls für Photonische Technologien, der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgischen Klinik und der Erlangen Graduate School in Advanced Optical Technologies zusammengefunden. 500.000 Euro erhält ihr Projekt aus dem DFG-Schwerpunktprogramm „Optisch erzeugte Sub-100-nm-Strukturen für bio-medizinische und technische Applikationen“. Die neuesten Erkenntnisse der Molekularbiologie aus dem Zellinneren sollen dabei der Praxis zugeführt und therapeutisch anwendbar werden.

Die Erlanger Forscher setzen auf laserbasierte Skalpelle und Optische Pinzetten. „Wir können Nanopartikel in einer Art ‚optischer Falle‘ fangen und präzise über eine Oberfläche bewegen“, erklärt PD Florian Stelzle, einer der Projektleiter an der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgischen Klinik. „Lenkt man einen Laserstrahl auf einen solchen Nanopartikel, dann wirkt das Teilchen, sofern Wellenlänge und Partikelgröße zusammenpassen, wie eine Linse.“ Direkt hinter dem Partikel erreicht der Strahl in einem kleinen Bereich also eine sehr hohe Intensität. Es verwandelt sich in ein sehr scharfes Instrument, aber nur im Nanometerbereich.

a) Strukturierung von Zellmembranen, b) Zellinterne Nanochirurgie an Zellbestandteilen. Abbildung: Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgische Klinik

Die Methodik wurde zunächst in einer Arbeitsgruppe von Ilya Alexeev, PhD., am Lehrstuhl für Photonische Technologien von Prof. Dr. Michael Schmidt entwickelt und an nicht-biologischen Werkstoffen untersucht. Die außerordentlich präzise Positionierung und der extrem kleine Durchmesser des Laserfokusses machen das Verfahren interessant für die subzelluläre Chirurgie. „Diese berührungslosen Nanoinstrumente werden es uns ermöglichen, Schnitte in die Zellmembran zu setzen, in das Zellinnere vorzudringen und dort unsere Operation vorzunehmen – ganz so wie bei klassischen Operationen am Menschen“, schildert Dr. Stelzle die Vision des Teams.

In einem weiteren Schritt ist der Einsatz Optischer Pinzetten geplant. Sie sollen einzelne Mikro- und Nanopartikel berührungslos manipulieren und bewegen, und in die Zelle schleusen. Da die Zellwand normalerweise für diese Teilchen nicht durchlässig ist, muss das Laserskalpell zuvor einen Durchgang öffnen. Durch die perforierte Membran kann die Pinzette ein Partikel in die Zelle bringen. Damit können einzelne Strukturen im Zelli­nneren – etwa Mitochondrien, die „Kraftwerke“ der Zellen – gezielt bearbeitet, verändert oder entfernt werden. „Ganz so, als ob man die Gallenblase oder eine andere erkrankte Struktur herausnimmt, um den Patienten zu heilen, ist das auch an der Einzelzelle vorstellbar“, erläutert Stelzle.

Damit kann in Zukunft untersucht werden, wie wichtige zelluläre Kommunikationswege und Strukturen auf solche Eingriffe reagieren und ob sich ihre Funktion verändert. Aufschlüsse werden speziell über Möglichkeiten erwartet, per Nanochirurgie die molekularen Mechanismen zu manipulieren, die den Zelltod steuern. Hier zeigen sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten vor allem in der Tumortherapie, der Nervregeneration oder der künstlichen Züchtung von Gewebe, dem Tissue Engineering.

Die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), gegründet 1743, ist mit 33.500 Studierenden, 630 Professuren und rund 12.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte Universität in Nordbayern. Und sie ist, wie aktuelle Erhebungen zeigen, eine der erfolgreichsten und forschungsstärksten. So liegt die FAU beispielsweise beim aktuellen Forschungsranking der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) auf Platz 8 und gehört damit in die Liga der deutschen Spitzenuniversitäten. Neben dem Exzellenzcluster „Engineering of Advanced Materials“ (EAM9 und der im Rahmen der Exzellenzinitiative eingerichteten Graduiertenschule „School of Advanced Optical Technologies“ (SAOT) werden an der FAU derzeit 31 koordinierte Programme von der DFG gefördert

Die Friedrich-Alexander-Universität bietet insgesamt 142 Studiengänge an, darunter sieben Bayerische Elite-Master-Studiengänge und über 30 mit dezidiert internationaler Ausrichtung. Keine andere Universität in Deutschland kann auf ein derart breit gefächertes und interdisziplinäres Studienangebot auf allen Qualifikationsstufen verweisen. Durch über 500 Hochschulpartnerschaften in 62 Ländern steht den Studierenden der FAU schon während des Studiums die ganze Welt offen.

Weitere Informationen für die Medien:

PD Dr. Dr. Florian Stelzle
Tel.: 09131/85-34201, -3362, -33618
Florian.Stelzle@uk-erlangen.de

Heiner Stix | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-erlangen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen
17.08.2018 | Leibniz Universität Hannover

nachricht Forschende entschlüsseln das Alter feiner Baumwurzeln
17.08.2018 | Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics