Die Unterteilung von
Flüssigkeiten in winzigste einzelne Kompartimente ist eine
grundlegende Herausforderung für die heutige Wissenschaft. So will man mit immer
geringeren Substanzmengen auskommen, immer komplexere miniaturisierte Systeme
schaffen und sogar individuelle Moleküle sortieren und einzeln untersuchen.
Hauptproblem ist weniger, winzige "Behälter" herzustellen und zu füllen, als
diese in der Lösung wiederzufinden, zu unterscheiden und gezielt einzeln zu
beobachten. Schweizer Forscher von der Eidgenössischen Technischen Hochschule
Lausanne und vom
IBM Forschungslabor in Rüschlikon, haben eine einfache,
schnelle Methode entwickelt, um derartige Super-Mini-Gefäße per
Selbstorganisation in einem definierten Nanomuster zu fixieren.
Das Team um Dimitrios Stamou und Horst Vogel drückt zunächst mit einem winzigen
"Stempel" ein Muster aus geordneten Pünktchen im Nanometer-Maßstab auf eine
Glasoberfläche ("Microcontact Printing"). Als "Tinte" dient Rinderserumalbumin,
an das Biotin-Moleküle gekuppelt wurden. Der unbedruckte Teil der Oberfläche
wird passiviert. Die Glasoberfläche wird nun mit einem weiteren Protein,
Streptavidin, behandelt, das im Zusammenspiel mit Biotin wie ein
Zweikomponentenkleber wirkt: Streptavidin heftet sich an die mit Biotin
bedruckten Stellen und "aktiviert" sie. Nun wird eine Lösung winziger Vesikel
aufgegeben, auf deren Oberfläche sich ebenfalls Biotin-Moleküle befinden. Diese
"kleben" am Streptavidin fest und heften so jeweils ein einzelnes Vesikel auf
ein gedrucktes Pünktchen. Die Vesikel bestehen, analog den Biomembranen, aus
einer Lipid-Doppelschicht. Ihr Fassungsvermögen beträgt einige Attoliter (1 al =
0,000000000000000001 l). Sind sie mit Farbstoff gefüllt, kann man die einzelnen
"Behälter" unter dem Fluoreszenzmikroskop deutlich erkennen. Auch chemische
Reaktionen können verfolgt werden: Wird beispielsweise das Protein Gramicidin in
die umgebende Lösung gegeben, lagert es sich in die Vesikel-Hülle ein und bildet
Kanäle, durch die positiv geladene Ionen treten können. Auf diese Weise kann der
pH-Wert in den Behältern und damit die Fluoreszenzfarbe des Farbstoffs verändert
werden.
Anhand von "Etiketten" aus DNA-Stückchen könnte eine fast beliebige Zahl von
Atto-Behältern mit verschiedener Fracht eindeutig identifizierbar gemacht
werden. So könnten "Substanzbibliotheken" im Nanomaßstab für parallele chemische
Reaktionen hergestellt werden. Besonders interessant aber scheint die Idee,
Vesikel direkt aus
Zellen zu erzeugen. Jedes Vesikel trägt dann natürliche
Rezeptor-
Proteine in der Membran und/oder enthält bestimmte Signalmoleküle aus
dem Cytosol. Anhand der fixierten Vesikel könnten die Bindung von
Pharmawirkstoffen an Rezeptoren sowie die daraufhin ausgelösten Signalkaskaden
untersucht werden.