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Medizin

Chemienobelpreis für deutschen Forscher: Hohe Relevanz für die Medizin

Mittwoch, 8. Oktober 2014

HER2-Proteine, Zielstrukturen für spezifische Krebstherapien, werden im selben Präparat mittels konfokaler (links) und hochauflösender STED-Mikroskopie (rechts) auf der Oberfläche von Kolonkarzinomzellen sichtbar gemacht. Die fluoreszierenden Farbstoffe sind an Anti-HER2-Antikörper gekoppelt. Bildhinweis: P. Ilgen, Max Planck Institut für Biophysikalische Chemie, L-C. Conradi, Allgemein-, Viszeral- und Kinderchirurgie, Uni Göttingen

Stockholm – Der deutsche Physiker Stefan Hell (51), Direktor am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen und Leiter der Abteilung „Optische Nanoskopie“ am Deutschen Krebsforschungszentrum Heidelberg (DKFZ) ist unter den diesjährigen Preisträgern des Nobelpreises für Chemie: Hell ist zusammen mit den US-amerikanischen Forschern Prof. Eric Betzig (54) vom Howard-Hughes Medical Institute in Ashburn, Virginia, und William Moerner (61) von der Stanford University in Stanford, Kalifornien, für „bahnbrechende Forschungsarbeiten in der Nanoskopie ausgezeichnet worden“, wie es das Nobelpreiskommitee in Stockholm formulierte.

Die Nanoskopie ist eine Weiterentwicklung der Mikroskopie. Sie wird angewandt, um Moleküle auf der Oberfläche oder im Inneren lebender Zellen darzustellen und hat damit große Bedeutung für die Medizin. So lassen sich krankheitsrelevante Proteine, zum Beispiel bei Krebs, in ihrer Verteilung, in ihrer Expressionsquantität und im Krankheits-verlauf darstellen und vergleichen.

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Der Vorstandsvorsitzende des DKFZ, Professor Otmar D. Wiestler, sagte: „Stefan Hell ist ein absoluter Ausnahmewissenschaftler." In zäher Forschungsarbeit über viele Jahre sei es ihm gelungen, das maximale Auflösungsvermögen der Lichtmikroskopie noch um das Zehnfache zu steigern.“ Hell habe damit „eine völlig neue Dimension der Mikroskopie erschlossen.“

„Ich hatte schon während meiner Doktorarbeit den Eindruck, dass das Thema ‚Auflösung in der Lichtmikroskopie‘ noch nicht zu Ende gedacht ist", erinnerte sich Stefan Hell bei einer Pressekonferenz in Göttingen kurz nach der Bekanntgabe der Nobelpreisträger. „Zwar gab es mit der Elektronenmikroskopie, die Strukturen bis zu 0,1 Nanometer abbilden kann, eine scharfsichtige Alternative zur Lichtmikroskopie. Doch müssen die Proben trocken sein und - fein geschnitten - in einem Vakuum fixiert werden. Das macht es unmöglich, lebende Zellen zu mikroskopieren“, erklärte Hell.

Bis in die 80er Jahre des 20. Jahrhun­derts galt für Lichtmikroskope noch die magische Auflösungsgrenze von 200 Nanometern, die Ernst Abbe bereits im Jahr 1873 in seinem berühmten Gesetz formulierte: Mindestens die Hälfte der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes müssten zwei Punkte in der Brennebene des Objektivs auseinander liegen, um voneinander unterscheidbar zu sein. Erst 120 Jahre später, Anfang der 1990er Jahre, gelang es Hell, diese magische Grenze zu durchbrechen und den Grundstein für die Lichtmikroskopie mit Auflösungen auf der Nanoskala – also die Lichtnanoskopie – zu legen.

Als ersten Schritt erfand Hell 1990 das 4Pi-Mikroskop, bei dem das Licht statt von einer, von zwei Seiten gleichzeitig auf das Objekt fällt. Damit konnte die Auflösung bereits um das Vier- bis Siebenfache gesteigert werden. Danach entwickelte er die „Stimulated Emission Depletion" (STED-) -Mikroskopie, ein Verfahren, das die Eigenschaften von Fluoreszenz-Farbstoffen ausnützt, die zum Anfärben von Proteinen oder DNA verwendet werden.

Das Prinzip: Hell nutzte die durch Lichteinstrahlung erzeugten unterschiedlichen Energie­zustände von Molekülen. Normalerweise ist ein Molekül in einem niederenergetischen Zustand. Wird Licht eingestrahlt, geht es in einen höherenergetischen Zustand über, strahlt das Licht in einer anderen Wellenlänge zurück und fällt zurück in den Grundzustand.

Stefan W. Hell ist Jahrgang 1962. Er  promovierte 1990 an der Universität Heidelberg in Physik und arbeitete von 1991 bis 1993 am Europäischen Molekular­biologischen Laboratorium (EMBL) in Heidelberg. Danach folgte ein dreieinhalbjähriger Aufenthalt an den Universitäten Turku (Finnland) und Oxford (Großbritannien). Als Leiter einer Max-Planck-Nachwuchsgruppe wechselte er im Jahr 1997 an das Göttinger Max-Planck-Institut für biophysika­lische Chemie. Seit 2002 ist er an diesem Institut Direktor und Leiter der Abteilung NanoBiophotonik, seit  2003 auch die Abteilung Optische Nano­skopie am DKFZ. Hell erhielt bereits zahlreiche hochrangige Preise, zuletzt im September 2014 den Kavli-Preis für Nanowissenschaften, ein Jahr zuvor, im September 2013 die Carus-Medaille der Akademie für Naturwissenschaften.

Im Spätsommer 1993 stieß Hell dann auf die sogenannte stimulierte Emission - und er hatte die zündende Idee: „Wenn sich Teilchen anschalten ließen, könnte ich sie auch ausschalten - und so selektiv nur die Strukturen sichtbar machen, die ich sehen wollte”, erläuterte Hell. Dass sich dieses An-Aus-Prinzip für seine Idee nutzbar machen lasse, daran habe damals kaum jemand auch unter seinen internationalen Kollegen geglaubt. Allerdings: „Die Kritiker sahen eher technische, keine fundamentalen Probleme, und bei den technischen habe ich gedacht: Die lassen sich überwinden,“ sagte Hell bei der Pressekonferenz. Für das An- und Ausschalten, habe er festgestellt, eigneten sich besonders gut fluoreszierende Farbstoffe.

„Der Nobelpreis erfüllt mich mit großem Stolz und Dankbarkeit“, erklärt Stefan Hell. „Vor allem ist es für mich aber auch ein tolles Gefühl, zu erleben, dass das STED-Mikroskop die medizinische Grundlagenforschung enorm beflügelt. Ich bin fest davon überzeugt, dass diese Entdeckung, die heute ausgezeichnet worden ist, mittelfristig in letzter Konsequenz auch zu besseren Therapien in der Medizin führen wird. © nsi/aerzteblatt.de

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