Winzige Lichtschalter sorgen für schärfere Bilder vom Leben

Das wissenschaftliche Potential des neuen Verfahrens ist enorm: Es soll erstmals Vorgänge im Inneren von lebenden Körperzellen detailliert sichtbar machen. Damit wäre es beispielsweise möglich, den Weg eines Medikamentenwirkstoffs in die Zellen eines Organs zu beobachten. Die Technologie könnte helfen, Krankheiten bereits in ihrer Entstehungsphase zu erkennen, ihre Ursachen zu verstehen und – so das Fernziel – sie gezielt am Entstehungsort zu therapieren.

Das Projekt ist eine konsequente Fortsetzung der im vergangenen Jahr mit dem Deutschen Zukunftspreis ausgezeichneten Arbeiten von Prof. Dr. Stefan Hell vom Göttinger Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie. Er hatte ein äußerst scharfes Lichtmikroskop entwickelt, das die bislang als unüberwindbar geltende physikalische Beugungsgrenze außer Kraft setzt, und damit die Fachwelt in Erstaunen versetzt. Bisher erlaubte das Lichtmikroskop nur einen unscharfen Blick in die Körperzellen. 200 Nanometer, 200 Millionstel Millimeter, ist die maximale Auflösung – viel zu grob, um die meisten Biomoleküle zu erkennen. Um schärfere Bilder zu erzeugen, nutzt der Göttinger Forscher das Phänomen der Fluoreszenz. Er heftet fluoreszierende Moleküle an die zu untersuchenden Biomoleküle und bringt sie unter dem Mikroskop durch Laserbestrahlung zum Leuchten. Der entscheidende Trick ist, die fluoreszierenden Moleküle dabei wie winzige Lichtschalter gezielt an- und auszuschalten. Das ermöglicht eine optische Auflösung weit unterhalb von 100 Nanometern und damit just jene Genauigkeit, die man zur Beobachtung der Zellbausteine braucht.

Bevor die neue Technologie in der medizinischen Forschung eingesetzt werden kann, ist allerdings noch viel Entwicklungsarbeit zu leisten. Daher bringt der jetzt ins Leben gerufene Forscherverbund führende Experten auf den Gebieten der organisch-chemischen Synthese, der Farbstoffchemie und Photophysik sowie der Fluoreszenzmikroskopie zusammen. Hierzu gehören die Arbeitsgruppen von Professor Dr. Markus Sauer und Professor Dr. Jochen Mattay an der Universität Bielefeld, von Professor Dr. Karl-Heinz Drexhage an der Universität Siegen, von Professor Dr. Stefan Hell am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie sowie von Privatdozent Dr. Jörg Enderlein am Forschungszentrum Jülich. Diese werden in der zweijährigen Projektlaufzeit neue wasserlösliche Fluoreszenz-Farbstoffe entwickeln, die sich als molekulare Schalter eignen. Gleichzeitig sollen auch die optischen Anregungs- und Nachweistechniken weiter optimiert werden. Im Erfolgsfall soll später mit Industriepartnern an der industriellen Umsetzung und Vermarktung der Verfahren und speziellen Schalter gearbeitet werden.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben mit rund 1,5 Millionen Euro im Rahmen des Forschungsschwerpunkts Biophotonik. Mit diesem Programm werden Verbundprojekte gefördert, in denen Wissenschaft und Industrie gemeinsam optische Lösungen für biologische und medizinische Probleme erarbeiten. Hierfür wurden bisher in drei Förderrunden ca. 50 Millionen EUR Fördergelder an 30 Forschungsverbünde bewilligt; die beteiligten Industriepartner investieren weitere ca. 40 Millionen EUR in die Projekte. Projektträger ist das VDI-Technologiezentrum.

Ansprechpartner:

Dr. Marion Jürgens
Forschungsschwerpunkt Biophotonik – Öffentlichkeitsarbeit
Tel: 03641/ 206 034, Fax: 03641/ 206 044
E-Mail: marion.juergens@uni-jena.de
Prof. Dr. Markus Sauer
Fakultät für Physik der Universität Bielefeld
Tel: 0521/ 106 5450, Fax: 0521/ 106 2958
E-Mail: sauer@physik.uni-bielefeld.de