Grundlagenforschung: Nanokristalle erhellen Krankheitsmechanismen

In unserem Körper wird die Vermehrung einzelner Zellen genau gesteuert. Dazu dienen Wachstumsfaktoren oder Wachstumshemmer, für die auf den Zelloberflächen Andockstationen (Rezeptoren) bereit stehen. Dockt ein Eiweißfaktor an seinem Rezeptor an, sendet dieser den Befehl zur Zellteilung oder zum Stopp der Zellteilung in das Innere der Zelle. Sind Rezeptor oder Botenstoff jedoch krankhaft verändert, läuft die Steuerung aus dem Ruder. Defekte Zellen beginnen sich unkontrolliert zu teilen, Krebs entsteht.

Forscher mit Probensammlung fluoreszierender Farbstoffe
Fluoreszierende Farbstoffe bleiben dank Nanokristallen im Zellinneren über Stunden farbstabil. (Foto: Bayer AG)

Für Biowissenschaftler und Mediziner ist es wichtig, die Mechanismen der Krankheitsentstehung möglichst detailliert und über längere Zeiträume zu studieren. Dies kann der erste Schritt zu exakteren Nachweisverfahren und wirksameren Medikamenten sein.

Heute stehen für die Untersuchung einzelner Zellen in so genannten Fluoreszenzmikroskopen zahlreiche leuchtende Farbstoffe zur Verfügung. Werden diese in das Zellinnere eingeschleust, können sie dort molekulare Vorgänge sichtbar machen.

Nanokristalle für molekulare Bildgebung

Koppelt man diese Farbstoffe beispielsweise an einen Wachstumsfaktor, lassen sich sein Weg und seine Wechselwirkung mit anderen Molekülen optisch mitverfolgen. Die meisten bisher verwendeten organischen Farbstoffe oder Kunststoffkügelchen bleichen jedoch im Laserlicht bereits nach wenigen Sekunden aus – zu kurz für biomedizinische Langzeituntersuchungen.

Forscher setzen deshalb zunehmend auf die so genannte „Molekulare Bildgebung“ mit Nanokristallen aus Halbleitermaterialien (z. B. Cadmiumselenid oder Cadmiumtellurid). Diese so genannten „Quantenpunkte“ lassen sich an Biomoleküle koppeln und markieren diese in verschiedenen Farben. Sie bleiben über Minuten oder sogar Stunden farbstabil.

Dramatische biologische Veränderungen auf der Größenebene weniger NanometerNanometer
Ein Nanometer ist der milliardste Teil eines Meters.
können in Echtzeit studiert und gefilmt werden.

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