Wirkstofftests
Spezialmikroskop macht Zellen-Inneres sichtbar

Eiweißkörper, Proteine, die biologische Zellen steuern und bei Krankheiten und deren Bekämpfung eine Rolle spielen, sind bei einer größe von nicht einmal einem Nanometer mit einem herkömmlichen Mikroskop nicht zu erkennen. Neue Apparate müssen her: Sie helfen, Wirkstoffkandidaten schneller und effektiver zu testen.

DÜSSELDORF. Biologische Zellen sind für Daniel Müller schlicht „Nanomaschinen“. Der Biophysiker, der als Professor an der TU Dresden forscht und lehrt, interessiert sich aber nicht nur für die „Maschinen“, sondern noch mehr für die Eiweißkörper, die Proteine, die die „Nanomaschinen“ steuern. Dabei hat er das Problem, dass Proteine erheblich kleiner sind als Zellen. Manche erreichen nicht einmal eine Größe von einem Nanometer, das ist der millionste Teil eines Millimeters.

Solche Proteine zu untersuchen, die bei Krankheiten und deren Bekämpfung eine große Rolle spielen, ist mit herkömmlichen Lichtmikroskopen nicht möglich. Daher hat sich Müller mit der Berliner Firma JPK Instruments und Finanzpartnern zusammengetan und eine neue Firma gegründet, die nAmbition GmbH. Ziel ist es, auf Basis des Rasterkraftmikroskops ein Gerät zu entwickeln und zu bauen – einen so genannten ForceRobot –, mit dem Eiweißkörper weitgehend automatisch untersucht werden können.

Moderne Fluoreszenz-Mikroskope haben zwar ein Auflösungsvermögen von 30 bis 50 Nanometer. Die so genannten Sted-Mikroskope (Stimulated Emission Depletion), an denen die Max-Planck-Gesellschaft in Göttingen arbeitet, erreichen 16 Nanometer. Röntgen- und Elektronenmikroskope kommen sogar auf Bruchteile eines Nanometers. Doch mit diesen Mikroskopen können lebende Zellen oder Proteine entweder nicht untersucht werden – das gilt für Röntgen- und Elektronenmikroskope –, oder die Untersuchung verändert die Objekte.

Daniel Müller will die Eiweißkörper aber unbeeinflusst in Funktion sehen. Außerdem möchte er sie auseinander ziehen können, um neue Erkenntnisse zu gewinnen. Ein Werkzeug dazu ist das Rasterkraftmikroskop (AFM = Atomic Force Microscope), wie es beispielsweise JPK Instruments herstellt. Das AFM basiert auf dem Prinzip des Rastertunnelmikroskops, für dessen Entwicklung Gerd Karl Binnig und Heinrich Rohrer 1986 mit dem Physiknobelpreis ausgezeichnet wurden.

Das Rasterkraftmikroskop tastet das zu untersuchende Objekt mit einer feinen – nur wenige Atome großen – Spitze ab, die an einem winzigen Federarm aufgehängt ist. Ein auf den Federarm gerichteter Laserstrahl wird reflektiert und von einer Fotodiode aufgefangen. Der Laserstrahl überträgt die Bewegung des Federarms auf die Diode. Diese gibt den Impuls an einen Rechner weiter, der dann auf einem Bildschirm darstellt, wie das abgetastete Objekt aussieht – millionenfach vergrößert.

Das Rasterkraftmikroskop erlaubt aber nicht nur das Abtasten eines Objekts. Die feine Spitze des Federarms vermag auch den Eiweißkörper auseinander zu ziehen. So, wie es sich Müller wünscht. In den Labors des Professors stehen bereits zwölf dieser Mikroskope. Dennoch ist der Biophysiker nicht zufrieden. Die Arbeit mit den derzeit verfügbaren Geräten ist sehr aufwendig. Um eine Probe zu untersuchen, benötige ein Biologe bis zu einer Woche, berichtet Müller. Ein weiteres Problem ist, dass die Forscher mit identischen Proben oft unterschiedliche Ergebnisse erzielen. Daher sei es dringend notwendig, die Untersuchung erheblich zu beschleunigen und zu standardisieren.

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