Dr. Larissa Müller legt eine Zellprobe unter den Laser des Elementmikroskops
Quelle: BAM/David Weyand
Die Chemikerin Dr. Larissa Müller von der BAM entwickelt ein Elementmikroskop. Mit einem winzigen Laserstrahl trägt sie zunächst organisches Probenmaterial ab, welches eine Plasmaflamme in Gas wandelt. Darin kann sie die Massen unterschiedlicher Atome und Moleküle messen und diese so eindeutig bestimmen. Gemeinsam mit Wissenschaftlern der Charité Berlin forscht sie an der Optimierung des Elementmikroskops. In Zukunft könnte dies die medizinische Diagnostik erheblich verbessern. Wie die Zusammenarbeit funktioniert und welche neuen Erkenntnisse die Forscher erlangt haben, erklärt Dr. Müller im Interview.
Warum versprechen Ihre Forschungen im Bereich Medizintechnik große Innovationen?
Wir können mit dem Elementmikroskop, einzelne Elemente in biologischen Zellen orten und analysieren. Bisher wurde die Methode nur bei der anorganischen Spurenanalyse genutzt, um etwa Metalle in Stahl zu bestimmen. Mittlerweile sind die Laser feiner, sodass sich auch biologische Proben bis in den Mikrometerbereich abtragen und untersuchen lassen. Noch ist die Methode für die alltägliche Diagnostik zu teuer, unsere Grundlagenforschung soll ihr den Weg bereiten.
Warum kooperiert die BAM mit der Charité Berlin?
Der Radiologe Prof. Eyk Schellenberger von der Charité und sein Team wollten mit Kontrastmitteln Ablagerungen in Aorten von Mäusen sichtbar machen. Dieses normale bildgebende Verfahren versagte jedoch, weil es in den Gefäßen der Tiere natürliches Eisen gibt und die Unterscheidung zu den künstlich eingeführten Eisenoxid-Nanopartikeln schwierig war. Dann lasen sie von unseren Forschungen, die ihnen hilfreich erschienen. Mitarbeiter der Charité markierten die Nanoteilchen mit dem Element Europium, das in biologischen Proben nicht vorkommt. Mit dem Elementmikroskop können wir die künstlich eingeführten Partikel vom natürlichen Eisen unterscheiden, wodurch die Ablagerungen gut sichtbar werden.
Wie bewerten Sie die Zusammenarbeit?
BAM und Charité ergänzen sich hervorragend: Die Kollegen nutzen unsere Methode für ihre medizinische Forschung und wir können diese verbessern, weil wir gut vorbereitete organische Proben erhalten. Wir tauschen uns regelmäßig auch persönlich aus und arbeiten über Fachgrenzen hinweg strukturiert zusammen. Deshalb haben wir auch bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft gemeinsam ein Projekt beantragt, um unsere Methode weiter erforschen zu können.
Wieso nutzen Sie Nanopartikel in ihrer Forschung und welche Erkenntnisse gewinnen Sie damit?
Wir wollen in die Zellen selbst hineinblicken, dafür nutzen wir zum einen die winzigen mit Europium markierten Eisenoxid-Nanopartikel als Sonden. Zum anderen können wir auch Antikörper mit Elementen wie Europium markieren und damit Proteine aufspüren, die für Krankheiten verantwortlich sind. Statt bisher nur sieben Parameter bei kommerziellen bildgebenden Verfahren, lassen sich damit aktuell 30 Krankheitsparameter gleichzeitig untersuchen. Die Grenze nach oben ist noch offen. Biologen und Mediziner könnten so in biologischem Gewebe mutierte von gesunden Einzelzellen unterscheiden und diese auf ihre Besonderheiten analysieren.
Gibt es weitere Vorteile der Methode?
Neben der Verortung von Nanopartikeln für die medizinische Diagnostik lässt sich mit dem Elementmikroskop auch die Analyse von Nanoteilchen an sich verbessern. Sie sind in immer mehr Produkten enthalten, doch wie sie auf den menschlichen Organismus wirken, ist zum Teil unbekannt. Indem wir zeigen, wo und in welcher Anzahl sich die winzigen Partikel in einzelnen Zellen befinden, helfen wir Toxikologen und Behörden bei der Risikoanalyse. Das nützt auch der Industrie, die kennzeichnungspflichtige Nanoteilchen besser analysieren kann.