Etwas eng ist es im Labor des Laserzentrums Hannover. Hinter einem schwarzen Lichtschutz-Vorhang beginnt das Reich von Alexander Heisterkamp. Fast den ganzen Platz im Raum nimmt ein großer Tisch ein. Auf dem stehen lauter Spiegel und Linsen, ein Mikroskop und leuchtende Laser.
"Wir haben ein System gebaut, womit man Zellchirurgie in einer einzelnen lebenden Zelle machen kann. Wir nennen das auch sehendes Skalpell, weil man einerseits die Zelle sich angucken kann und andererseits in der Zelle auch Teile manipulieren oder durchschneiden kann. "
Alexander Heisterkamp zeigt auf einen großen schwarzen Kasten. Das ist der Clou an dem "sehenden Skalpell", ein Femtosekundenlaser. Ein solcher Laser sendet ultrakurze Lichtblitze aus. Nur 100 Femtosekunden lang. Selbst das schnelle Licht kommt in dieser Zeit nur eine Haaresbreite weit.
"Wir benutzen jetzt als Lichtquelle den Laser. Das heißt, wir koppeln unseren Lichtstrahl von hinten durch das Mikroskop rein, und senden ihn auf die Probe. Und wir müssen jetzt den Laserpuls über die Probe abrastern, also so ähnlich, wie Sie es vom Fernseher kennen. Ich habe einen Strahl, der über die Probe fährt, und daraus baue ich mir mein Bild zusammen. "
Der Trick bei dieser Kombination von Laser und Mikroskop: Der Laser liefert auf dem Computerbildschirm nicht nur detailgenaue Bilder aus der nur Tausendstel Millimeter großen Zelle, er kann gleichzeitig auch zum operieren in der Zelle benutzt werden - wie ein Schneidbrenner im Nanoformat.
"Wenn wir jetzt in die Zelle das Licht hinein fokussieren, dann kommt das Licht bis zu dem Fokus und kommt ungehindert durch die Zelle durch, nur am Fokus wird das Licht förmlich verschluckt, und die Atome werden instantan auseinander gerissen. "
Was die Atome so zerbrutzelt, ist die hohe Leistung des Lasers: Ein Gigawatt pro Femto-Lichtpuls, also eine Milliarde Watt. Zum Vergleich: eine gewöhnliche Glühbirne hat gerade einmal 100 Watt. Aber die Zelle lässt der heiße Schneidstrahl weitgehend kalt. Denn der Laser sendet Infrarotlicht aus, und das kann die empfindliche Zelle fast ungestört durchdringen. Nur im Fokus, wo das Licht ganz eng gebündelt ist, wird der Laserstrahl zum Skalpell.
"Also es ist nicht so, dass ich jetzt eine Zelle komplett auf einmal kaputt mache, sondern dass ich wirklich gezielt einzelne Dinge in der Zelle operiere. Unter Umständen kriegt das die Zelle gar nicht mit, die bleibt weiter am Leben, und wir haben dadurch die Möglichkeit, gezielt einzelne Funktionen in der Zelle zu testen. "
Das Laser-Skalpell kann tiefer im Gewebe ansetzen als jede andere Methode. Erstmals lassen sich Zellen nun in ihrer lebenden Gewebe-Umgebung operieren. Das hat Alexander Heisterkamp schon ausprobiert. Er dreht sich um und zeigt auf ein Bild, das er an die Laborwand geheftet hat. Es ist ein Blick in die Innenarchitektur einer Zelle. Grüne Fäden laufen durch das Gewebe, so genannte Actinfasern, nur wenige Nanometer dick. Stellt man sich die Zelle vor wie ein Zelt, das in Form gehalten werden muss, dann sind die Actinfasern die Zeltseile. Biologen wollen wissen, wie sie das Zellgerüst stabil halten. Da hilft das sehende Skalpell: Mit ihm kann man die zellulären Zeltseile einfach filmen.
"Also wir haben da mehrere Filme aufgenommen, wo man wirklich dann durchschneidet und man sieht diese Fasern dann am Anfang natürlich, weil viel Spannung draufliegt, springen die wie so ein Gummiseil schlagartig zurück und ziehen sich dann langsam, also exponentiell noch weiter zurück. "
Als nächstes sollen Krebszellen unter das Laser-Messer. Biologen und Mediziner wollen mit dem schneidenden Mikroskop erstmals gezielt einzelne Mitochondrien, die Kraftwerke der Zellen, ausschalten – um so verstehen, warum die Zellen krankhaft wuchern. Schon bald will Alexander Heisterkamp eine kompakte und einfach zu bedienende Version seines Lasermikroskops auf den Markt bringen. Dann stünde es allen Biomedizinern zur Verfügung. Für extrem genaue Nano-Operationen an den allerkleinsten Eingeweiden lebendiger Zellen.
"Wir haben ein System gebaut, womit man Zellchirurgie in einer einzelnen lebenden Zelle machen kann. Wir nennen das auch sehendes Skalpell, weil man einerseits die Zelle sich angucken kann und andererseits in der Zelle auch Teile manipulieren oder durchschneiden kann. "
Alexander Heisterkamp zeigt auf einen großen schwarzen Kasten. Das ist der Clou an dem "sehenden Skalpell", ein Femtosekundenlaser. Ein solcher Laser sendet ultrakurze Lichtblitze aus. Nur 100 Femtosekunden lang. Selbst das schnelle Licht kommt in dieser Zeit nur eine Haaresbreite weit.
"Wir benutzen jetzt als Lichtquelle den Laser. Das heißt, wir koppeln unseren Lichtstrahl von hinten durch das Mikroskop rein, und senden ihn auf die Probe. Und wir müssen jetzt den Laserpuls über die Probe abrastern, also so ähnlich, wie Sie es vom Fernseher kennen. Ich habe einen Strahl, der über die Probe fährt, und daraus baue ich mir mein Bild zusammen. "
Der Trick bei dieser Kombination von Laser und Mikroskop: Der Laser liefert auf dem Computerbildschirm nicht nur detailgenaue Bilder aus der nur Tausendstel Millimeter großen Zelle, er kann gleichzeitig auch zum operieren in der Zelle benutzt werden - wie ein Schneidbrenner im Nanoformat.
"Wenn wir jetzt in die Zelle das Licht hinein fokussieren, dann kommt das Licht bis zu dem Fokus und kommt ungehindert durch die Zelle durch, nur am Fokus wird das Licht förmlich verschluckt, und die Atome werden instantan auseinander gerissen. "
Was die Atome so zerbrutzelt, ist die hohe Leistung des Lasers: Ein Gigawatt pro Femto-Lichtpuls, also eine Milliarde Watt. Zum Vergleich: eine gewöhnliche Glühbirne hat gerade einmal 100 Watt. Aber die Zelle lässt der heiße Schneidstrahl weitgehend kalt. Denn der Laser sendet Infrarotlicht aus, und das kann die empfindliche Zelle fast ungestört durchdringen. Nur im Fokus, wo das Licht ganz eng gebündelt ist, wird der Laserstrahl zum Skalpell.
"Also es ist nicht so, dass ich jetzt eine Zelle komplett auf einmal kaputt mache, sondern dass ich wirklich gezielt einzelne Dinge in der Zelle operiere. Unter Umständen kriegt das die Zelle gar nicht mit, die bleibt weiter am Leben, und wir haben dadurch die Möglichkeit, gezielt einzelne Funktionen in der Zelle zu testen. "
Das Laser-Skalpell kann tiefer im Gewebe ansetzen als jede andere Methode. Erstmals lassen sich Zellen nun in ihrer lebenden Gewebe-Umgebung operieren. Das hat Alexander Heisterkamp schon ausprobiert. Er dreht sich um und zeigt auf ein Bild, das er an die Laborwand geheftet hat. Es ist ein Blick in die Innenarchitektur einer Zelle. Grüne Fäden laufen durch das Gewebe, so genannte Actinfasern, nur wenige Nanometer dick. Stellt man sich die Zelle vor wie ein Zelt, das in Form gehalten werden muss, dann sind die Actinfasern die Zeltseile. Biologen wollen wissen, wie sie das Zellgerüst stabil halten. Da hilft das sehende Skalpell: Mit ihm kann man die zellulären Zeltseile einfach filmen.
"Also wir haben da mehrere Filme aufgenommen, wo man wirklich dann durchschneidet und man sieht diese Fasern dann am Anfang natürlich, weil viel Spannung draufliegt, springen die wie so ein Gummiseil schlagartig zurück und ziehen sich dann langsam, also exponentiell noch weiter zurück. "
Als nächstes sollen Krebszellen unter das Laser-Messer. Biologen und Mediziner wollen mit dem schneidenden Mikroskop erstmals gezielt einzelne Mitochondrien, die Kraftwerke der Zellen, ausschalten – um so verstehen, warum die Zellen krankhaft wuchern. Schon bald will Alexander Heisterkamp eine kompakte und einfach zu bedienende Version seines Lasermikroskops auf den Markt bringen. Dann stünde es allen Biomedizinern zur Verfügung. Für extrem genaue Nano-Operationen an den allerkleinsten Eingeweiden lebendiger Zellen.