Im Blickpunkt

Das perfekte Wohlfühlhaus für die Zelle

Wo können Zellen am besten wachsen? Wie funktionieren magnetische Pinzetten und was lernen Ingenieure von Algen? Mit all diesen Fragen beschäftigen sich die Wissenschaftler am B CUBE-Center for Molecular Bioengineering in Dresden. Nach zwei Jahren hat die Forschung an dem Zentrum für Innovationskompetenz ordentlich Fahrt aufgenommen. Zeit für einen Zwischenstopp.

Von Erholungspause kann allerdings keine Rede sein. Auch auf dem Statusseminar geht es in rasanter Geschwindigkeit in die fachliche Materie. Dr. Yixin Zhang aus China wirft Molekülstrukturen, Diagramme und chemische Formeln an die Wand. Dazu erklärt der Nachwuchsforschungsgruppenleiter, wie er mit seinen Mitarbeitern einzelne Atome eines Wirkstoffes verändert hat, um die Interaktion zwischen Medikament und Protein im Körper besser zu verstehen. Auf diese Weise könnte die Wirkung dieses Medikaments, welches das Immunsystem unterdrückt, in Zukunft verbessert werden. Das würde beispielsweise Menschen helfen, die mit Spenderorganen leben müssen. Auch Krebspatienten könnten besser therapiert werden, wenn die Wirkstoffe ausschließlich ins Tumorgewebe gelangen würden und nicht auch in andere Körperzellen. So genannte Biomarker helfen dabei, das Medikament mithilfe von Antikörpern ohne Umwege in das kranke Gewebe zu transportieren. Bei diesem Projekt arbeiten die Dresdner eng mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg zusammen, einer von vielen Partnern, mit denen B CUBE inzwischen gemeinsame Projekte gestartet hat.

Komfortables Eigenheim für die Zelle

Um Medikamente im Körper besser steuern zu können, arbeiten die Dresdner Forscher auch an einem Hydrogel-System, das mit Laserlicht kontrolliert werden kann. In kleinen Gelkapseln werden die Wirkstoffe gespeichert, an bestimmte Stellen navigiert und dort abgegeben. Diese Hydrogele hat das B CUBE-Team für die Kultivierung von Zellen entwickelt. Sie sind sozusagen ein komfortables Eigenheim für die Zelle. Statt auf ungemütlichen Plastikschalen können sie hier auf weichem Untergrund wachsen. Das Gel basiert auf Heparin, einem Molekül, welches die Blutgerinnung verhindert. Es ist deshalb nicht toxisch für die Zellen und sehr stabil gegen äußere Einwirkungen. Ein solches Hydrogel könnte künftig sogar die Grundlage für die Gewinnung von spezialisierten Zellen aus Stammzellen sein.

Die Biophysiker der Arbeitsgruppe um Dr. Michael Schlierf wollen die Mechanismen der Enzyme in einer Zelle verstehen. Dafür nutzen und entwickeln sie spezielle Instrumente, wie beispielsweise magnetische Pinzetten. Hier werden einzelne Moleküle mit einem Magneten lokalisiert oder festgehalten und dann untersucht. Momentan sind die Forscher dabei, ein völlig neuartiges Instrument zu bauen, das zwei Methoden miteinander kombiniert: die hochauflösende Fluoreszenzmessung und die magnetische Pinzette. Auf diese Weise könnten sie sogar beobachten, wie sich einzelne DNA reparierende Enzyme bewegen. Die grundlegende Funktionsweise dieser Enzyme ist bis heute noch nicht verstanden. Fehlfunktionen sind häufig die Ursache von Krebserkrankungen oder besonders schneller Alterung.

Spediteure in der Zelle: Ein Mikrotubulus bewegt fluoreszente Halbleiternanokristalle über eine mit Kinesin-Motorproteinen beschichtete Oberfläche. Durch die Kristalle, so genannte Quantumdots, wird die Transportbewegung nanometergenau vermessen.
(Bild: Franziska Friedrich, MPI-CBG Dresden)

B CUBE: gut vernetzt und erfolgreich auf- und ausgebaut

Wie ZIK-Sprecher Prof. Carsten Werner betonte, ergänzt B CUBE mit seiner Arbeit viele Forschungscluster in Dresden. Das ZIK ist eng in die Exzellenzinitiative der Technischen Universität eingebunden. Es ist am „Zentrum für Regenerative Therapien“ und an der Graduiertenschule für Biomedizin und Bioengineering beteiligt. Nun folgt die Bewerbung für einen neuen Exzellenzcluster, das „Center for Advancing Electronics Dresden“. Einer der Sprecher ist Prof. Stefan Diez. Der Biophysiker startete vor einem Jahr mit einer Heisenberg-Professur bei B CUBE. Er erforscht molekulare Motoren im menschlichen Körper. Das sind winzige Proteine, die unter anderem dazu dienen, Botenstoffe in Nervenzellen gezielt zu transportieren. Die Funktionsweise dieser Mini-Maschinen könnte zur Grundlage für neue nanotechnologische Anwendungen werden. Mit seiner Arbeit ist Diez so erfolgreich, dass er allein in diesem Jahr zwei Veröffentlichungen in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Cell Biology“ hatte.

Schon Anfang nächsten Jahres bekommt Stefan Diez einen neuen Kollegen, der extra aus den USA nach Dresden zieht. Nils Kröger wird die Professur für Biomimetische Materialien besetzen. Er beschäftigt sich mit Kieselalgen, die faszinierende Strukturen auf der Basis von Siliziumoxid bilden. Unter anderem versucht er, den biochemischen Mechanismus aufzuklären, der die Bildung dieser Strukturen ermöglicht. Das kann für die Synthese neuer funktioneller Materialen von Nutzen sein. Mit Nils Kröger und seiner Gruppe werden die räumlichen Kapazitäten von B CUBE fast ausgereizt sein. Doch schon in wenigen Jahren können die Wissenschaftler in ein neues Gebäude umziehen. Wie Carsten Werner freudig verkündete, wird der Freistaat Sachsen das Forschungshaus bauen. Gute Aussichten also für das B CUBE-Team, schließlich gibt es bereits Pläne für künftige Forschungsthemen und weitere Nachwuchsforschungsgruppen.

 

Weitere Informationen zum Dresdner ZIK B CUBE finden Sie hier.


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