Nanotechnologie revolutioniert die Medizin Wissenschaft der Zukunft (Fertige Seite, X1)

Der Begriff «Nano» kommt aus dem Griechischen und heisst «Zwerg». In der Sprache der Wissenschaft bedeutet «Nano» ein Milliardstel. Ein Nanometer ist also ein Milliardstel Meter oder ein Hunderttausendstel des Durchmessers eines Haares – Dimensionen von Atomen und Molekülen. Die Nanowissenschaft untersucht diese kleinsten Strukturen und versucht, deren Gesetzmässigkeiten zu verstehen. Denn Teilchen im Nanometerbereich haben oft ganz andere chemische, physikalische und biologische Eigenschaften als grössere Verbände der gleichen Zusammensetzung. Dieses Wissen will die Nanotechnologie nutzen, um neue Diagnose- und Heilmethoden, kleinere und schnellere Computer und Materialien mit ganz neuen Eigenschaften herzustellen – indem Atome und Moleküle nach Wunsch verschoben, gezielt zusammengebaut oder mit feinsten Detektoren nachgewiesen werden. «Nanotechnologie ist wie Legosteine zusammenbauen, nur sind die Bauteile viel kleiner, eben nur im Bereich von einem Millionstel Millimeter», erklärt Hans-Joachim Güntherodt, Leiter des Nationalen Forschungsschwerpunktes Nanowissenschaften. Für eine Massenproduktion ist man «von Hand» aber viel zu langsam. Deshalb wird erforscht, wie man Atome und Moleküle dazu bringt, sich in einer gewünschten Struktur automatisch selber zu anzuordnen.

Science-Fiction in der Medizin
Ist von Nanotechnologie in der Medizin die Rede, schwirren oft Visionen von kleinen U-Booten oder Minirobotern herum. Beladen mit Medikamenten und Miniskalpell, schwirren sie durch unseren Körper und zerstören gezielt Viren und Bakterien, entfernen Tumore oder Ablagerungen in den Blutgefässen und ersetzen krankes Gewebe. Forscher haben zwar bereits erste Erfolge mit kleinsten Propellerchen gemeldet, die dereinst solche Nanomaschinen antreiben könnten, viele Fragen sind aber noch offen. Was passiert beispielsweise im Körper mit all den U-Booten, wenn sie ihre Dienste geleistet haben oder wenn sie nun doch die falschen Zellen angreifen? Noch Jahre intensiver Forschung sind nötig, bis diese winzigen Alleskönner dereinst in unseren Körper entlassen werden können – vielleicht wird es sie aber auch niemals geben.

Mit Nanocontainern bis zur Zelle
Schon näher an der klinischen Anwendung ist man mit hochempfindlichen Diagnoseinstrumenten. An der Universität Basel entwickeln Forscher ein Miniatur-Rastersondenmikroskop, das an die Spitze eines Endoskopes passt und so in Gelenke oder Blutgefässe eingeführt werden kann. Damit sollen Krankheiten wie Arthrose oder Ablagerungen in den Herzkranzgefässen frühzeitig erkannt und besser therapiert werden können. Ueli Aebi, Leiter des Teilprojektes Medizin im Nationalen Forschungsschwerpunkt Nanowissenschaften, ist optimistisch: «In ein bis zwei Jahren sollten wir einen ersten Prototypen in der Klinik ausprobieren können.» In einem anderen Projekt entwickeln Basler Forscher kleinste Nanocontainer, die Medikamente gezielt zu den kranken Zellen bringen sollen. Ausgestattet mit einem «Pfadfinder-Molekül», das zum Beispiel Krebszellen erkennt, docken die Container an die defekte Zelle an und werden dann ins Zellinnere aufgenommen. Erst dort wird das Medikament freigesetzt. «Die Nebenwirkungen können so minimiert werden», erlärt Ueli Aebi die Vorteile dieser Therapie. «Vor kurzem ist es uns gelungen, solche Container mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern aus Eiweissstücken herzustellen.»

Wie alles begann
Die Eroberung der atomaren Welt nahm vor 20 Jahren ihren Anfang, als Heinrich Rohrer und Gerd Binnig am IBM-Forschungslabor in Rüschlikon das Rastertunnelmikroskop erfanden. Mit diesem Instrument wurden erstmals Moleküle ja sogar Atome in ihrer natürlichen Umgebung sichtbar – der Grundstein für die Nanowissenschaften war gelegt. Das ursprüngliche Ziel der Forschung von Binnig und Rohrer war, Materialoberflächen auf ihre kleinsten Strukturen zu untersuchen und damit Problemen auf die Spur zu kommen, die bei den immer kleiner werdenden Computerchips auftraten. Die Erfindung des Rastertunnelmikroskopes – dessen war sich Gerd Binnig schon im ersten Moment bewusst – sollte aber auch Teile der Wissenschaft revolutionieren. 1986 wurden Gerd Binnig und Heinrich Rohrer für ihre Erfindung mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet. Im selben Jahr entwickelte Gerd Binnig das Rasterkraftmikroskop, mit dem sich auch biologische Strukturen in ihrer wässrigen Umgebung abbilden lassen – das Rastertunnelmikroskop macht nur leitende Materialien sichtbar. 1989 gelang es amerikanischen Forschern, Atome gezielt zu entfernen, zu verschieben oder neu zu platzieren – ein weiterer wichtiger Schritt in der Nanotechnologie.