Biomaschinen Moleküle wandern auf großem Fuß

Dem Traum von winzigen Helfern, die im menschlichen Körper Verletzungen heilen und Medikamente transportieren, sind Forscher dieses Jahr wieder ein Stück näher gekommen. Doch die Mini-Maschinen sehen ganz anders aus, als die geschrumpften Raumschiffe in einschlägigen Science-Fiction-Filmen.


Strahlende Biophysik: Quantenpunkte leuchten in den Adern einer Maus
Cornell University

Strahlende Biophysik: Quantenpunkte leuchten in den Adern einer Maus

Im Kino ist alles so einfach: Man nehme ein aufgemotztes U-Boot, verkleinere es millionenfach und injiziere die Mini-Maschine in die Blutbahn. Fertig ist das medizinische Wunderwerk, das direkt im Körper verstopfte Arterien reinigt und Tumoren bekämpft.

In der Realität würde so ein Gefährt dagegen nicht lange überleben. Die Mikro-Welt lässt Reibungskräfte enorm ansteigen: Um ein U-Boot durch Arterien zu manövrieren ist etwa so viel Kraft nötig wie beim Versuch, einen Löffel durch ein Glas voller Honig zu ziehen. Die temperaturbedingte Molekularbewegung würde das U-Boot hin und her werfen. Und das Immunsystem dürfte unentwegt Attacken auf den Angreifer starten.

Statt bestehende Technologien zu verkleinern, lassen sich Nanoforscher viel lieber von der Umwelt inspirieren. Schließlich hat die Natur im Laufe der Evolution eine ganze Reihe erfolgreicher Biomaschinen entwickelt.

Physiker und Biologen gehen dabei Hand in Hand - eine fachübergreifende Kooperation, deren Früchte das Fachmagazin "Science" jetzt in seine Liste der wissenschaftlichen Durchbrüche des Jahres 2003 aufgenommen hat: So konnten die Forscher zuletzt molekulare Motoren bei der Arbeit betrachten, farbige Marker durch das Blut zirkulieren lassen oder einzelne Enzyme gezielt steuern.

Zum Beispiel in den Fällen Myosin und Kinesin: Die beiden Moleküle setzen, wie US-Forscher im Juli und Dezember zeigen konnten, jeweils einen "Fuß" vor den anderen, während sie sich an einer Faser entlang hangeln. Damit gelten sie als Vorbild für Mikrotransporter, die Physiker eines Tages bauen wollen.

Helfen sollen dabei optische Pinzetten, die ebenfalls in diesem Jahr verfeinert werden konnten. Mit dem Kraftfeld eines feinen Laserpunktes lassen sich einzelne Teilchen einfangen und an andere Orte transportieren. Der Laserstrahl kann aber auch in einen optischen Kraftmesser umgewandelt werden, mit dessen Hilfe die überraschend starken Kräfte bestimmt werden konnten, die das Kinesin-Protein bei seiner Wanderung entwickelt.

Eine der viel versprechendsten Entwicklungen aus der Zusammenarbeit von Physikern und Biologen ist in den Augen der "Science"-Experten allerdings der medizinische Einsatz so genannter Quantenpunkte. Diese winzigen Halbleiterkristalle strahlen in unterschiedlichen Farben, sobald sie von einem Laser beleuchtet werden.

Dank einer speziellen Beschichtung können Quantenpunkte der neuesten Generation selbst in einer wässrigen Umgebung überleben. So war es möglich, die leuchtenden Partikel mit Hilfe von Antikörpern tief in die Membranen einzelner Nervenzellen einzubauen. Wie französische Forscher im Oktober berichteten, zeigten die Quantenpunkte 20 Minuten lang Aktivitäten in den Zellen an - deutlich länger als alle bislang bekannten Färbemittel.

Alexander Stirn



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