Maßgeschneiderte Medikamente per Laser
Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) an der Universität Bonn
Forscher sind auf dem Weg herauszufinden, warum bestimmte Medikamente wirken - denn oft weiß man es einfach nicht. Einzige Voraussetzung, damit sie per Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) erfasst werden können, ist namensgebend: Sie müssen fluoreszieren. Einer der wenigen Experten auf diesem noch jungen Gebiet ist Prof. Hanns Häberlein, der im Januar 2003 an der Uni Bonn die neue Stiftungsprofessur für "Zellbiologie und molekulare Wirkstoffforschung" angetreten hat.
Als Professor Häberlein 1996 damit begann, die vielversprechende Methode anzuwenden, gehörte er zu den wenigen Exoten in der deutschen Wissenschaftslandschaft, die sich mit FCS beschäftigten. In den letzten Jahren hat er die Methode so weiter entwickelt, dass man sie auch an lebenden Zellen anwenden kann. Über dieses Know-how verfügen bisher nur eine Handvoll deutscher Forscher.
Die FCS erlaubt es, einzelne Moleküle unter die Lupe zu nehmen. Einzige Voraussetzung: Die Substanzen, die untersucht werden sollen, müssen fluoreszieren. Als "Fluoreszenz" bezeichnen Chemiker die Fähigkeit mancher Stoffe, bei Lichteinfall farbig zu leuchten. Sofern sie das nicht schon von Natur aus tun, lässt sich das meist durch entsprechende chemische Veränderungen erreichen. Bei der FCS nutzt man diese Eigenschaft, um zu untersuchen, inwieweit bestimmte Moleküle miteinander in Kontakt treten.
Viele Moleküle in einem Organismus haben einzig und allein die Aufgabe, Informationen von einem Ort zum anderen zu transportieren. So schüttet der Körper bei Gefahr Adrenalin aus, das unter anderem der Leber "befiehlt", energiereiche GlucoseGlucose zur Verfügung zu stellen, die die Beinmuskulatur bei der Flucht als "Treibstoff" dringend benötigt.
Signalmoleküle wie das Adrenalin "docken" dazu an bestimmte Rezeptoren an. Mit der FCS können Forscher derartige Vorgänge beobachten: Dazu beleuchten die Wissenschaftler beispielsweise einen winzigen Bereich auf der Zelloberfläche mit einem Laserstrahl. Wenn das zu untersuchende Molekül in den Lichtstrahl tritt, beginnt es zu leuchten; ein hochempfindliches Messgerät erfasst dieses Licht, das man auch als Fluoreszenzsignal bezeichnet. Kleine Moleküle wie das Adrenalin bewegen sich sehr schnell durch den beleuchteten Bereich und werden daher nur für eine kurze Zeit vom Laserstrahl erfasst: Das Fluoreszenzsignal steigt nur kurz an und sinkt dann wieder ab.
Größere Moleküle wie Proteine brauchen dagegen länger, um den Strahl zu durchqueren; das Fluoreszenzsignal hält länger an. Sobald daher das Adrenalin an einen Rezeptor auf der Zelloberfläche andockt, verlangsamt es sich, weil der Komplex aus Rezeptor und Adrenalin viel größer ist als das Adrenalin allein.
Komplex und Einzelmoleküle lassen sich daher durch ihre verschiedenen Geschwindigkeiten einfach voneinander unterscheiden - und zwar direkt bei lebenden Zellen. Dies ermöglicht eine Vielzahl neuartiger Untersuchungen. Die Methode ist insbesondere für Wirkstoffforscher hochinteressant: Ob die Betäubungsspritze beim Zahnarzt oder das Medikament gegen Fieber: Fast alle entfalten ihre Wirkung, indem sie mit Eiweißen (Rezeptoren oder Enzymen) in Kontakt treten und dadurch bestimmte Reaktionen in der entsprechenden Zelle hervorrufen.
Häufig möchten die Pharmakologen den Kontakt zwischen Wirkstoff und Rezeptor verbessern, indem sie den Wirkstoff chemisch verändern. Mit der FCS können sie an der lebenden Zelle den Erfolg ihrer Maßnahme kontrollieren. "Mit unseren Messungen an lebenden Lungenepithelzellen haben wir völliges Neuland betreten", erklärt Prof. Häberlein: Vor allem die große Hintergrundfluoreszenz macht die Arbeit mit ganzen Zellen so schwierig, dass sich bislang nur wenige Teams mit dieser Aufgabe beschäftigen.
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