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Ein Chemieprofessor der Harvard University und seine Kollegen haben einen biokompatiblen Transistor in der Größe eines Virus entwickelt, mit dem man in Zellen eindringen und sie untersuchen kann.
Chemieprofessor Charles Lieber und seine Kollegen vom Fachbereich Chemie und Chemische Biologie an der Harvard University, Massachusetts, haben mit Hilfe von Nanodrähten einen Transistor in der Größe eines Virus geschaffen, mit dem man in Zellen eindringen und sie untersuchen kann, ohne die intrazellulären Prozesse zu stören, berichtet harvardmagazine.com. Diese Halbleiterschalter im Nanomaßstab könnten sogar die Kommunikation mit einzelnen Zellen in beide Richtungen ermöglichen.
Lieber hat in den letzten zehn Jahren an der Entwicklung und Verbindung von Teilen im Nanomaßstab gearbeitet, die es ihm ermöglichen werden, winzige elektronische Geräte zu bauen (siehe „Liquid Computing“ http://harvardmagazine.com/2001/11/liquid-computing.html). Die Entwicklung einer biologischen Schnittstelle, über die ein nanoskaliges Gerät mit einem lebenden Organismus kommunizieren kann, war von Anfang an ein ausdrückliches Ziel, hat sich aber als schwierig erwiesen.
Die einfachste Methode bestand darin, einen auf einer flachen Ebene gebauten Transistor (man denke an die Oberfläche eines Computerchips) in ein dreidimensionales Objekt einzufügen: eine Zelle mit einer Größe von etwa 10 Mikrometern. Das Durchstechen der Zelle reichte nicht aus, denn Transistoren brauchen einen Source-Draht, durch den Elektronen fließen, und einen Drain-Draht, durch den sie entladen werden.
Als es ihm schließlich gelang, das Gerät zu entwerfen und in eine Zelle einzuführen, war es von Anfang an kein Erfolg: Das Gerät drückte so stark, dass die Zellmembran zerstört wurde, und tötete die Zelle „ziemlich schnell“, sagt der Wissenschaftler. Doch als sein Team den Nanodraht mit einer Fettschicht aus Lipiden (denselben Substanzen, aus denen Zellmembranen bestehen) überzog, konnte das Gerät leicht in die Zelle eingeführt werden, indem die Membran verschmolzen wurde – ein Prozess, der dem ähnelt, den Zellen zur Aufnahme von Viren und Bakterien verwenden. Diese Innovation ist wichtig, erklärt Lieber, denn sie zeigt, dass eine vom Menschen geschaffene Struktur, die so klein ist wie ein Virus oder eine Bakterie, sich genauso verhalten kann wie biologische Strukturen.
Tests mit dem Gerät deuten darauf hin, dass es nicht nur zur Messung der Aktivität von Neuronen, Herzzellen und Muskelfasern verwendet werden könnte, sondern auch zur gleichzeitigen Messung von zwei verschiedenen Signalen aus einer einzigen Zelle – vielleicht sogar zur Messung der Funktion von intrazellulären Organellen, den Funktionseinheiten in Zellen, die Energie erzeugen, Proteine falten, Zucker verarbeiten und andere wichtige Funktionen ausführen.
Das Harvard-Magazin weist darauf hin, dass Funktionsstörungen dieser Prozesse zu Krankheiten wie Diabetes, Herzkrankheiten und Tay-Sachs-Krankheit führen können. Um die Notwendigkeit zu rechtfertigen, solche elektronischen Geräte in unseren Körper einzubringen, werden die Befürworter bio- und nanotechnologischer Innovationen im Zeitalter des Transhumanismus erneut die Angst vor schweren Krankheiten anführen, denen wir angeblich sonst nicht entkommen könnten.
Um noch überzeugender zu sein, sagen die Leute von harvardmagazine.com auch, dass solche Geräte eines Tages einen hybriden biologisch-digitalen Mechanismus bereitstellen, die Tiefenhirnstimulation bei Parkinson-Patienten erleichtern oder als Schnittstelle für eine Prothese dienen könnten, die an dem Punkt, an dem sie mit ihrem Träger verbunden ist, Informationen verarbeiten muss.
„Die digitale Elektronik ist so mächtig, dass sie unser tägliches Leben beherrscht. Wenn sie reduziert wird, verschwimmt der Unterschied zwischen digitalen und lebenden Systemen, sodass wir die Möglichkeit haben, Dinge zu tun, die wie Science-Fiction klingen – Dinge, von denen die Menschen nur träumen können“, sagte Lieber.