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Nanoanwendungen: Laser und Nanopartikel als Zelltüröffner

Erfolgreicher Gentransfer
Was im Normalfall der beste Schutz der Zelle ist, steht einer Gentherapie zunächst im Wege: Stabile Membranhüllen sorgen dafür, dass Gene oder Medikamente nicht so leicht von außen ins Zellinnere gelangen. Bisherige Versuche, diese Barriere zu durchdringen ohne Schaden anzurichten, überzeugten nicht völlig. Mark Prausnitz vom Georgia Institute of Technology ist nun aber gelungen, mithilfe von reaktivem Kohlenstoff kurzlebige Löcher in die Membranen lebender Zellen zu reißen und dann DNA-Schnipsel und andere Moleküle hindurchzuschleusen.

Erfolgreicher Gentransfer | Prostatakarzinomzellen nach der Laser- Kohlenstoffbehandlung. Die Zellen haben ein grün fluoreszierendes Protein (Calcein) aufgenommen. Nur wenige Zellen sind abgestorben (rot markiert).
In seinen Zellkulturversuchen hat Prausnitz winzige, nur wenige Nanometer große Kohlenstoffpartikel zusammen mit den einzuschleusenden Molekülen mit einem Femtosekundenlaser bestrahlt, der bis zu 90 Millionen Lichtimpulse pro Sekunde aussendete. Die Partikel absorbieren dabei die Laserenergie und erhitzen sich, während die sie umgebende Flüssigkeit verdampft. Wasserdampf und Kohlenstoffatome reagieren daraufhin und bilden wachsende Wasserstoff- und Kohlenmonoxid-Blasen. Stellt man den Laser nun unvermittelt ab, kollabieren die Bläschen und erzeugen durch Kavitation Schockwellen, die Löcher in die Zellmembran reißen.

Bevor sich diese Löcher schließen, sind sie offenbar ideale Eintrittspforten für Moleküle: Den Forschern gelang es bereits, Proteine und Plasmid-DNA auf diese Art in Tumorzellen zu überführen. Sowohl die Aufnahme durch die Zellen als auch die anschließende Überlebensrate betrug über 90 Prozent, die eingeschleuste DNA wurde nicht beschädigt und war auch weiterhin in der "Gast"- Zelle aktiv. (nw)

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