Zell- und Molekularbiologie

Die Nachfrage nach neuartigen Verfahren, die die Untersuchung von biologischen Proben, von einzelnen Molekülen bis hin zu lebenden Zellen, und von dynamischen molekularen Prozessen bei sehr hoher zeitlicher (~100 ms) und räumlicher Auflösung ermöglichen, hat zu aufregenden neuen Entwicklungen geführt. Die strukturelle Analyse und die quantitative nanomechanische Charakterisierung biologischer Prozesse liefern wertvolle neue Einblicke in die Molekular- und Zellbiologie im Nanometerbereich. Modernste Techniken ermöglichen die Untersuchung der Morphologie und Oberflächenstruktur von Zellen, Zellmembranen und deren Zytoskelettstrukturen, bis hin zu einzelnen Biomolekülen, Nukleinsäuren und Proteinen in submolekularer Auflösung.

Die Darstellung dynamischer Prozesse in Echtzeit und die Charakterisierung dynamischer mechanischer Eigenschaften ermöglichen ein umfassendes Verständnis der Funktionsweise komplexer biologischer Systeme. So können Forscher Signalereignisse, die Rolle von Proteinen in der Zellfunktion, spezifische molekulare Wechselwirkungen und Bindungsereignisse sowie Zell-Zell- und Zell-Oberflächen-Wechselwirkungen untersuchen. Die zelluläre Reaktion auf unterschiedliche physiologische Bedingungen führt oftmals zu Veränderungen der zellulären Mechanik, z. B. der Zellsteifigkeit. Die Möglichkeit der zeitabhängigen und kraftinduzierten Nanomanipulation, z. B. an einzelnen Zellen, DNA-Molekülen und Membranproteinen, eröffnet eine Vielzahl von neuen Forschungsmöglichkeiten.

Hochauflösende strukturelle Bildgebung und nanomechanische Messungen liefern wertvolle Einblicke in die Mechanismen, die an den zellulären und molekularen Prozessen beteiligt sind, die normalen physiologischen und krankhaften Zuständen zugrunde liegen, und haben tiefgreifende Auswirkungen auf die biologische und biomedizinische Forschung.