Nanosonden spionieren im Zellinneren

In 3-D und Echtzeit wird chemische Aktivität gemessen

Ein Forscherteam der University of Michigan hat ein ungewöhnliches Projekt gestartet. Mit kleinen Nanosonden wollen sie in Echtzeit die chemischen Aktivitäten in lebenden Zellen beobachten. Für die 3-D-Aufnahmen werden die Sonden in die Zelle injiziert. Computermodelle interpretieren die von der Sonde emittierten Signale, die durch den Kontakt der Sonde mit einem Ion wie Kupfer oder Zink entstehen. Diese Ionen sind für die Funktion der Zelle essenziell.

Die synthetischen Nanosonden mit dem Namen PEBBLEs („probes encapsulated by biologically localized embedding“) haben einen Durchmesser von 20 Nanometer. Im Größenvergleich: Hätte die Zelle die Größe eines Fußballstadiums, wäre die Sonde ein Spieler. Sie sind demnach klein genug, um in das Innere einer Zelle zu passen, ohne deren normale Funktion zu stören. Die Sensor-Moleküle im Inneren der chemisch inerten Matrix emittieren bei der Bindung der Ionen an eine bestimmte Stelle des Sensors Licht, berichtet Nanotechweb.

Der Transport von Metallionen in und aus der Zelle ist für Basisfunktionen wie etwa die Muskelkontraktion und das Nervensystem essenziell. Bislang konnte der dynamische Prozess aber nicht in Echtzeit gemessen werden. Im Vordergrund der Studie stehen Zink-Ionen. Es ist bekannt, dass sie bei neurologischen Erkrankungen, Alzheimer und Gehirnschäden eine bedeutende Rolle spielen. Sie sind aber offenkundig schwer zu messen. Nach Ansicht der Biochemikerin Carol Fierke liegt das Verständnis über Zink in etwa 20 Jahre hinter jenem von Kalzium-Signalen. Im Zuge der von der Universität mit 500.000 Dollar und von der W.M. Keck Foundation mit 1,5 Mio. Dollar geförderten Studie soll neben der Bewegung der Ionen bestimmt werden, wann und wie einzelne Ionen die Wirkung der Zelle beeinflussen.