Die Zelle als Operationsfeld

Foto: Zellinterne Nanochirurgie an Zellbestandteilen

Nanopartikel und Laser ersetzen
das Operationsbesteck beim
Schneiden, Greifen und
Verschließen von Schnitten auf
subzellulärer Ebene; © Universität
Erlangen-Nürnberg

Vom gewohnten Handwerkszeug der Chirurgen bleiben jedoch nur Begriffe. Nanopartikel und Laser ersetzen das Operationsbesteck beim Schneiden, Greifen und Verschließen von Schnitten auf subzellulärer Ebene.

Zur Erforschung nanochirurgischer Verfahren hat sich eine interdisziplinäre Gruppe des Lehrstuhls für Photonische Technologien, der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgischen Klinik und der Erlangen Graduate School in Advanced Optical Technologies zusammengefunden. Die neuesten Erkenntnisse der Molekularbiologie aus dem Zellinneren sollen dabei der Praxis zugeführt und therapeutisch anwendbar werden.

Die Forscher setzen auf laserbasierte Skalpelle und Optische Pinzetten. „Wir können Nanopartikel in einer Art ‚optischer Falle‘ fangen und präzise über eine Oberfläche bewegen“, erklärt Doktor Florian Stelzle. „Lenkt man einen Laserstrahl auf einen solchen Nanopartikel, dann wirkt das Teilchen, sofern Wellenlänge und Partikelgröße zusammenpassen, wie eine Linse.“ Direkt hinter dem Partikel erreicht der Strahl in einem kleinen Bereich also eine sehr hohe Intensität. Es verwandelt sich in ein sehr scharfes Instrument, aber nur im Nanometerbereich.

Die Methodik wurde zunächst in einer Arbeitsgruppe von Doktor Ilya Alexeev entwickelt und an nicht-biologischen Werkstoffen untersucht. Die außerordentlich präzise Positionierung und der extrem kleine Durchmesser des Laserfokusses machen das Verfahren interessant für die subzelluläre Chirurgie. „Diese berührungslosen Nanoinstrumente werden es uns ermöglichen, Schnitte in die Zellmembran zu setzen, in das Zellinnere vorzudringen und dort unsere Operation vorzunehmen – ganz so wie bei klassischen Operationen am Menschen“, schildert Stelzle die Vision des Teams.

In einem weiteren Schritt ist der Einsatz Optischer Pinzetten geplant. Sie sollen einzelne Mikro- und Nanopartikel berührungslos manipulieren und bewegen, und in die Zelle schleusen. Da die Zellwand normalerweise für diese Teilchen nicht durchlässig ist, muss das Laserskalpell zuvor einen Durchgang öffnen. Durch die perforierte Membran kann die Pinzette ein Partikel in die Zelle bringen. Damit können einzelne Strukturen im Zelli-nneren – etwa Mitochondrien, die „Kraftwerke“ der Zellen – gezielt bearbeitet, verändert oder entfernt werden. „Ganz so, als ob man die Gallenblase oder eine andere erkrankte Struktur herausnimmt, um den Patienten zu heilen, ist das auch an der Einzelzelle vorstellbar“, erläutert Stelzle.

MEDICA.de; Quelle: Universität Erlangen-Nürnberg