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Hochpräzise Zellsteuerung mit Laserlicht
Von zentraler Bedeutung für die Erforschung lebender Zellen sind
Biomoleküle, die in lichtempfindliche chemische Käfige gesperrt und in
Zellen injiziert werden. Mittels Lichtblitzen von aussen werden die
Moleküle aus ihren Käfigen befreit und lösen dadurch ein Signal aus.
Dieses bringt etwa Herzmuskelzellen dazu, sich zusammenzuziehen. Auf
diese Weise lässt sich untersuchen, wie Zellen auf plötzliche Signale
reagieren. Die dafür verwendeten Käfige waren bislang aber zu
undurchlässig: um die darin enthaltenen Moleküle freizusetzen, waren
starke Lichtimpulse nötig, die das umliegende Zellgewebe stören
könnten. Professor Ernst Niggli vom Institut für Physiologie der
Universität Bern hat in Zusammenarbeit mit amerikanischen Forschern
nun dieses Problem gelöst. Das Team entwickelte einen durchlässigen
Käfig, der schon auf einen sehr schwachen Lichtimpuls reagiert. Um
solche Käfige aus der hochempfindlichen synthetischen Substanz namens
Nitrodibenzofuran (NDBF) zu öffnen, wird nur noch etwa 1% der
bisherigen Lichtstärke benötigt. Mit der Hilfe ultraschneller Laser,
die Pulse erzeugen können, die kürzer sind als ein Millionstel einer
Millionstelsekunde, lassen sich zelluläre Signale mit ultrapräziser
Auflösung und Dynamik erforschen ? ohne die Gefahr der
Gewebeschädigung.
"Auf dem Gebiet der lichtaktiven chemischen Käfige gab es seit Ende
der 70er Jahre eine gewisse Stagnation in der Entwicklung", meint
Niggli. "Die neuentwickelte chemische Substanz stellt einen wahrhaften
Durchbruch dar." Dieser basiert paradoxerweise auf einer
vermeintlichen Schwäche: einem durchlässigen Käfig. "In der
Zellforschung sind schwache, das heisst mit wenig Licht spaltbare
Käfige ein Vorteil", erklärt Niggli: "Sie eröffnen den Biophysikern
ein bis anhin nicht zugängliches Feld von Forschungs- und
Experimentiermöglichkeiten".
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