13/02/2013 - Künstliche Atome zur Durchführung von Magnetresonanz in Zellen

Menéame

Forscher Institut für Photonenwissenschaften (ICFO) - Universitätsinstitut an der Universitat Politètecnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) - in Zusammenarbeit mit dem Oberster Rat für wissenschaftliche Forschung (CSIC) und Macquarie-Universität Aus Australien haben sie eine neue Technik entwickelt, ähnlich der Magnetresonanz, aber mit einer viel größeren Auflösung und Empfindlichkeit, die ermöglicht einzelne Zellen auf molekularer Ebene scannen.

In einem Artikel veröffentlicht von Natur Nanotech, und hervorgehoben durch NaturDie Forschergruppe des ICFO Romain Quidant erklärt, wie es ihm gelungen ist, künstliche Atome, Nano-Diamantpartikel mit Stickstoffunreinheit zu verwenden, um sehr schwache Magnetfelder wie die in einigen biologischen Molekülen erzeugten zu erkunden.

Die konventionelle Magnetresonanz zeichnet die Magnetfelder der Atomkerne unseres Körpers auf, die zuvor von einem externen elektromagnetischen Feld erregt worden sind. Nach der Reaktion aller dieser Atome können wir die Evolution bestimmter Krankheiten überwachen und diagnostizieren. Diese konventionelle Diagnosetechnik hat jedoch eine Millimeterauflösung. Kleinere Objekte haben nicht genug Atome, um das Reaktionssignal zu beobachten.

Die von der Romain Quidant-Gruppe vorgeschlagene innovative Technik verbessert die Auflösung bis zur Nano-Skala (1.000.000 mal höher als die Millimeter), wodurch sehr schwache Magnetfelder wie Proteine gemessen werden können. "Unsere Methode öffnet die Tür, um Magnetresonanz an isolierte Zellen zu übertragen, indem wir eine neue Informationsquelle erhalten, um intrazelluläre Prozesse besser zu verstehen und Krankheiten in dieser Größenordnung zu diagnostizieren." Michael Geiselmann, Forscher bei ICFO, der das Experiment durchführte, erklärt: Bisher war es nur möglich, diese Auflösung im Labor zu erreichen, indem man einzelne Atome bei Temperaturen nahe der absoluten Null um -273 Grad Celsius verwendete.

Die einzelnen Atome sind sehr empfindliche Strukturen für ihre Umgebung und haben eine große Fähigkeit, um die nahe gelegenen elektromagnetischen Felder zu erkennen. Das Problem ist, dass sie so klein und flüchtig sind, dass wir sie bei Temperaturen in der Nähe der absoluten Null abkühlen müssen, um sie zu manipulieren. Dieser Prozess ist sehr komplex und erfordert ein sehr restriktives Umfeld, das seine möglichen medizinischen Anwendungen undurchführbar macht. Die von Quidants Ausrüstung verwendeten künstlichen Atome bestehen jedoch aus einer Stickstoffunreinheit, die in einem kleinen Diamantglas gefangen ist. "Diese Verunreinigung hat die gleiche Empfindlichkeit wie ein einzelnes Atom, ist aber dank seiner Verkapselung bei Raumtemperatur sehr stabil. Diese Diamantschale ermöglicht es uns, Stickstoffunreinheit in einer biologischen Umgebung zu behandeln und ermöglicht uns daher, Zellen zu scannen." argumentiert Quidant.

Um diese künstlichen Atome zu fangen und zu manipulieren, benutzen Forscher Laserlicht. Der Laser funktioniert wie eine Klemme, die sie über die Oberfläche des zu studierenden Objekts lenkt und so die Informationen von den kleinen Magnetfeldern erhält, die ihn bilden.

Das Auftreten dieser neuen Technik könnte den Bereich der medizinischen Diagnose per Bild revolutionieren, da sie die Empfindlichkeit der klinischen Analyse erheblich optimiert und somit die Möglichkeit verbessert, Krankheiten früher zu erkennen und erfolgreicher zu behandeln.

Diese Forschung wurde durch die Unterstützung der Cellex-Stiftung ermöglicht.

Über das ICFO

El Institut für Photonenwissenschaften (ICFO) wurde 2002 von der Generalitat de Catalunya und der UPC als Exzellenzforschungszentrum für das Studium der Lichtwissenschaften und -technologien auf höchster internationaler Ebene gegründet. In Anerkennung der Exzellenz in der Forschung hat das Ministerium für Wissenschaft und Innovation dem ICFO die Akkreditierung Severo Ochoa erteilt. Das Zentrum hat eine dreifache Aufgabe: Grenzforschung, Ausbildung von Wissenschaftlern und Technologen sowie Transfer von Wissen und Technologie.

Die Forschung im ICFO ist grenzüberschreitend und zielt auf Programme ab, die sich u.a. auf Anwendungen von Licht im Gesundheitswesen, Biowissenschaften, Nanomedizin, erneuerbare Energien, Informationstechnologien, Sicherheit und industrielle Prozesse konzentrieren. Das Zentrum beherbergt 250 Forscher und Doktoranden, die in 60 Laboratorien in einem 14.000 m2 großen Gebäude arbeiten, im Parc Mediterrani de la Tecnologia in Castelldefels im Großraum Barcelona.

Die ICFO-Forscher veröffentlichen in den renommiertesten Zeitschriften des Bereichs und arbeiten mit einer Vielzahl von Unternehmen auf der ganzen Welt zusammen. Das Institut fördert durch sein Technologietransferteam aktiv die Entstehung von Spin-off-Unternehmen durch seine Forscher.

Das ICFO beteiligt sich an einer Vielzahl internationaler Exzellenzprojekte und -netze und begrüßt das von der Cellex-Stiftung finanzierte NEST-Programm.

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Bild: Rekonstruktion einer Synthetikzelle (Feeder)

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