Forschungsfragen aus Lörrach

Gibt es Sinne ohne Grenzen?

Bild in der Großansicht

Über fünf Sinne verfügt der Mensch: Geruchssinn, Sehsinn, Tastsinn, Hörsinn und Geschmackssinn sind unsere Informationsfenster in die Welt. Das sprichwörtliche Adlerauge und der Vergleich findiger Kommissare mit Spürhunden machen jedoch klar, dass viele Tiere  besser hören, sehen, schmecken, fühlen oder riechen können. Überlegen ist der Mensch in nur einem Punkt: Mangelnde kognitive Fähigkeiten können wir mit technischen Erweiterungen überwinden. 

Mit hochauflösenden Mikroskopen dringen wir in die Welt der Sporen, Bakterien und Viren vor. Mit Sensoren können wir für den Menschen unhörbare Ultraschall- und Infrarotsignale aufzeichnen. Auch die unsichtbare radioaktive und ultraviolette Strahlung kann nachgewiesen werden. Seismometer nehmen dagegen  feinste Erschütterungen wahr. Die Verarbeitung der Signale und die Umsetzung in Bilder übernehmen schließlich Computer. In der Medizintechnik wird ein Ersatz ausgefallener Sinnesleistungen beim Menschen durch Implantate von Sensoren angestrebt. Durchaus vorstellbar ist aber auch die Wahrnehmung von Gefahren, von Menschen und Maschinen mithilfe dieser Technik zu erweitern, so dass vor gefährlichen Umweltkatastrophen gewarnt oder eine bessere Orientierung ermöglicht wird.

Die Frage  wurde beantwortet im Rahmen der Veranstaltung
phaenovum - Wissenschaftstage Lörrach: Wer sucht, erfindet!
19. und 20. Mai 2009

Sind Nanobots Chirurgen der Zukunft?

Zwergenhafte (nannos, griech = Zwerg) Roboter im medizinischen Einsatz - wem kommen da nicht die Bilder aus der „Fantastischen Reise“ in den Sinn? Bei diesem Science-Fiction Film aus dem Jahr 1966 wird ein U-Boot mit einem Laser so sehr geschrumpft, dass es im Körper eines Wissenschaftlers ein Blutgerinnsel im Gehirn mit gezielten Laserstrahlen auflösen kann.

Heute ist diese Vision wieder sehr aktuell. Das Ziel, die Reparatur vor Ort mit winzigsten Werkzeugen ohne Nebenwirkungen, ist das gleiche geblieben - ein Schrumpfprozess ist allerdings nicht mehr notwendig. Die Wissenschaftler orientieren sich an natürlichen Vorbildern. Viren wie z.B. das Human Immunodeficiency Virus (HIV), befallen gezielt Immunzellen, um dort ihre schädigende Wirkung, in diesem Fall die Erkrankung AIDS, hervorzurufen. Das HIV-Virus veranlasst dabei die befallene Zelle mehr Viren herzustellen, was letztendlich die befallenen Abwehrzellen abtötet und zur Entstehung der Immunschwäche führt.

Nützlich ist dabei die Erkenntnis, dass Viren über passende Oberflächenstrukturen ihre Opfer, die menschlichen Immunzellen, erkennen. Die Virenoberfläche passt dabei wie ein Schlüssel ins Schlüsselloch der Immunzelle. Die Zellen nehmen die Viren anschließend wie trojanische Pferde auf und besiegeln damit ihr eigenes Schicksal.

Ein künstlicher Nanobot kann diesen Prozess der Aufnahme und Wirkungsentfaltung nachahmen. Um aktiv zu sein, bestehen diese Nanobots zumindest teilweise aus biologischen Molekülen, wie sie auch bei Viren zu finden sind. Obwohl keine miniaturisierte Maschine mit Zahnrädern und Greifarmen, haben die winzigen Helfer biologische Oberflächenstrukturen, die beispielsweise zu Krebszellen passen. Findet ein Nanobot dann eine Krebszelle, wird der Zwerg passiv von der Zelle aufgenommen und kann im Innern der Zelle eine Reparatur auslösen oder die schädliche Krebszelle zerstören.

Im LifeSciences Bereich am phænovum plant ein Schüler Nanokugeln aus DNA-Molekülen herzustellen, um darin Wirkstoffe und einen Zellrezeptor einzubauen. Die Herstellung dieser Nanobots können wir dann mit dem Rastertunnel- und Kraftmikroskop überprüfen.

Literatur:
Frühere Vorstellungen:
Feynman: Viel Spielraum nach unten.
Heute:
Nanomedicine targets cancer. J.R. Heath et al. Scientific American. Februar 2009. 44-51

Die Frage wurde beantwortet von:
Dr. Thomas Wiederkehr
phaenovum Schülerforschungszentrum LifeSciences Lörrach

• Hier gelangen Sie zur Webseite von phaenovum