Projekt zur Analyse der molekularen Dynamik von biologischen Strukturen gestartet

Mit einem neuartigen Konzept, bestehend aus Mikrofluidik und einem lichtblattmikroskopischen Beleuchtungsansatz, soll an der Ernst-Abbe-Hochschule (EAH) Jena ein integriertes Lab-on-a-Chip-System entstehen, also ein mikrofluidisches System, welches Funktionalitäten eines makroskopischen Labors auf einem nur plastikkartengroßen Kunststoffsubstrat unterbringt.

Mit dieser Technologie lassen sich bereits geringste Mengen einer Flüssigkeit auf einem einzigen Chip vollständig und automatisch analysieren und die Erforschung von Objekten im Nanometerbereich oder sogar in Einzelmolekülen wird möglich. Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert das Vorhaben „Lab-on-a-chip system for the optical characterization of molecular dynamics (BioLOC)“ mit 150.000 Euro ab 1. Juli 2023 für einen Zeitraum von zwei Jahren. Die Förderung erfolgt im Rahmen des Programms CZS Forschungsstart, mit dem die Stiftung erste Forschungsvorhaben von neuberufenen HAW-Professoren fördert.

Proteine sind jedoch kleiner als das Auflösungsvermögen eines normalen Mikroskops und damit nicht direkt zu beobachten. Hochauflösende Mikroskopieverfahren sind ein erster Schritt zur Untersuchung von Proteinen. Die Erforschung ihrer Funktion und Arbeitsweise geht allerdings über die reine Bildgebung hinaus und erfordert die Beobachtung dynamischer Prozesse. Besonders anspruchsvoll ist es, die Bewegung einzelner Moleküle aufzulösen und biochemische Reaktionszyklen nachzuverfolgen.

Bisher beruhen die Methoden zur Molekülanalyse meist auf Ensemble-Messverfahren und Oberflächensystemen, die spezifische Moleküle binden. Idealerweise kann ein neues optisches Instrument spezielle Einzelmoleküle analysieren, ohne das Risiko, deren Funktion durch biochemische Anbindung zu beeinträchtigen. An der EAH Jena werden im Forschungsvorhaben BioLOC dafür in einem neuartigen Verfahren optische Methoden auf einem mikrofluidischen Chip integriert, sodass dynamische Prozesse auf der Einzelmolekülebene analysiert und somit besser verstanden werden können. „Ziel ist es, einen möglichst kompakten Lab-on-a-Chip-Aufbau mit horizontaler Beleuchtung einzusetzen, damit die Methode in einem breiteren Anwendungsfeld eingesetzt werden kann und somit neue Erkenntnisse auf molekularer Ebene gewonnen werden können“, sagt Professorin Maria Dienerowitz vom Fachbereich SciTec der EAH Jena.

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