Erkrankungen des Nervensystems mittels Quantensensoren besser verstehen: Carl-Zeiss-Stiftung fördert RPTU

Erkrankungen des Nervensystems mittels Quantensensoren besser verstehen: Carl-Zeiss-Stiftung fördert RPTU

Quantensensoren sollen es erstmals ermöglichen, Krankheitsabläufe in lebenden Zellen zu überwachen, ohne dabei Spuren zu hinterlassen. An der RPTU forschen eine Physikerin und zwei Biologen an derartigen Mini-Sensoren, die mittels Laserlicht leuchten und ihr Leuchten messbar verändern, wenn sie auf Schadstoffe treffen. Sie wollen damit insbesondere reaktive Sauerstoffspezies, die zur Entstehung von neuropsychiatrischen und neurodegenerativen Erkrankungen beitragen, aufspüren. Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert den Ansatz, der ein neues Forschungsfeld erschließen könnte, mit einer „CZS Wildcard“, verbunden mit finanziellen Mitteln von knapp 900.000 Euro.

Das Team um Professorin Elke Neu-Ruffing, Professor Jan Pielage und Professor Volker Scheuss erforscht genetisch kodierte Quantensensoren (GEQS) – das sind Biosensoren, die genetisch in Zellen integriert werden. Dort sollen sie Krankheitsabläufe überwachen. Bislang kommen hierfür genetisch kodierte, fluoreszierende, das heißt leuchtende, Proteine zum Einsatz, die ihre Fluoreszenz aufgrund chemischer Interaktionen verändern. Die chemische Reaktion verändert jedoch auch die lokalen Konzentrationen der Reaktionspartner und stört so den physiologischen Prozess.

Sensoren aus der Quantenwelt

Quantensensoren können dagegen zerstörungsfrei arbeiten, indem sie zelluläre Schadstoffe über magnetische Wechselwirkungen nachweisen. Sie nutzen den Eigendrehimpuls (Spin) und die damit verbundenen magnetischen Eigenschaften, die Quantenteilchen natürlicherweise mitbringen. Kommt es zum Kontakt mit reaktivem Sauerstoff, sorgt sein magnetisches Moment dafür, dass sich die Fluoreszenz und damit das Leuchten der eingesetzten Nachweisproteine ändert.

Impuls für die personalisierte Medizin

Die Sensoren sollen zunächst in Nervenzellen zum Einsatz kommen, um zum Verständnis von neuropsychiatrischen und neurodegenerativen Erkrankungen beizutragen. Doch damit ist noch mehr möglich: „Denkbar ist zum Beispiel, dass man mittels Quantensensoren die Aktivität von Neuronen messen kann, ebenso wie die Signalübertragung im Nervensystem, die über Ionen-Kanäle erfolgt“, erläutert Neu-Ruffing. „In die Zukunft, über das jetzige Projekt hinausgedacht, könnte unsere Forschung dazu beitragen, die personalisierte Medizin zu fördern. Etwa durch das Untersuchen von Neuronen, die aus den Stammzellen von Patienten abgeleitet werden. So könnte man unter anderem die Rolle reaktiver Sauerstoffspezies bei bestimmten Patientengruppen entschlüsseln und optimal passende Medikamente finden.“

Als „wilde“ Forschungsidee gefördert

Das Förderprogramm CZS Wildcard unterstützt unkonventionelle, „wilde“ Ideen im MINT-Bereich, die radikal neu, ungewöhnlich und damit besonders wagemutig sind und ein hohes Innovationspotenzial besitzen. CZS Wildcard richtet sich an interdisziplinäre Konsortien aus mindestens drei Forschenden.

RPTU | Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern Landau