Nanoprocessing of subcellular targets using femtosecond laser pulses

In diesem Artikel stellen wir unsere Arbeiten zur Zellchirurgie mit dem Femtosekundenlaser in einzelnen Zellen und lebenden Organismen vor. Gezieltes Manipulieren von biologischen Materialien mittels ultrakurzer Laserpulse erfordert ein tiefergehendes Verständnis, inwieweit die Schwelle zur Plasmazündung und Umfang der plasma-induzierten Ablation (d.h. der Abtrag von Gewebe) von der Pulsenergie abhängen. In diesem Zusammenhang führten wir eine systematische Studie bzgl. der Schwellenergie zur Plasmaerzeugung bei fester Fokussierung in fluoreszenz-markierten subzellulären Strukturen wie Cytoskelett und Zellkern in fixierten Rinderendothelzellen mittels nahinfraroter Femtosekunden Laserpulse durch. Die Laserpulse wurden über ein Mikroskopobjektiv mit hoher numerischer Apertur (NA=1,4) fokussiert. Im weiteren Verlauf konnten wir diese Laser-Nanochirurgie in lebenden Zellen umsetzen und so einzelne Mitochondrien entfernen und einzelne Bestandteile des Cytoskeletts durchtrennen, ohne die Zellmembran oder die Zellintegrität zu beeinträchtigen. Mittels dieser Technik gelang es uns auch, einzelne Dendriten in lebenden C. elegans Nematoden zu durchschneiden, ohne direkt benachbarte Nervenzellen zu beschädigen. Die vorgestellte Nano-Manipulationstechnik ermöglicht eine nicht-invasive Handhabung einzelner Bestandteile der inneren Maschinerie von Zellen und Gewebe, verbunden mit Auflösungen bis in den Bereich weniger hundert Nanometer.