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Mit Magnetkraft gegen Osteoporose
Spannende Molekül-Forschung im Kernresonanz-Zentrum
M ICHAEL DEUTSCH
Halles Wissenschaftler machen Osteoporose-Patienten Hoffnung: Im Kernresonanz-Zentrum des
Institutes für Physik der Uni Halle untersuchen derzeit Biophysiker die Struktur eines Proteins,
das im menschlichen Blut den Kalziumspiegel reguliert und so für den Knochenaufbau wichtig
ist. Damit glauben die Physiker den entscheidenden Puzzlestein zu finden, mit dem es möglich
ist, ein Medikament gegen die Knochenkrankheit zu entwickeln. Professor Jochen Balbach und
Professor Kay Saalwächter, beide Fachgruppenleiter im Kernresonanz-Zentrum, dringen dazu
in die dreidimensionalen Welten der Moleküle vor, die kein herkömmliches Mikroskop sichtbar
machen könnte.
Als Superlupen benutzen sie magnetische
Kernresonanz-Spektrometer (NMR), die mit
einer sage und schreibe 500-millionenfachen
Vergrößerung arbeiten. Zum Vergleich: „Ein
Linsen-Mikroskop schafft nur etwa eine mehrhundertfache
Vergrößerung“, veranschaulicht
Kay Saalwächter den enormen Unterschied.
Allerdings sei das Mikroskop in anderen Bereichen
dennoch im Vorteil, denn eine computergestützte,
detaillierte Auswertung der
NMR-Spektroskopie könne viele Wochen
betragen.
Obwohl beide Experimentalphysiker in den
Mikrokosmos der Moleküle eintauchen, sind
die Forschungsfelder klar aufgeteilt. Kay Saalwächter
untersucht hauptsächlich die Bewegungen
von Atomen. Damit will er etwa die
wissenschaftliche Erklärung liefern, worauf
genau die Elastizität von Gummi beruht. Dank
des NMR-Spektrometers sei es möglich, die
Bewegungen der Polymer-Ketten vom Sekunden-
bis in den Piko-Sekundenbereich zu erfassen,
erklärt der 39-Jährige.
Indes interessiert sich sein Kollege Jochen
Balbach für die atomaren Strukturen, speziell
der von Proteinen. Mit diesem Wissen könnten
neue Medikamente entwickelt werden. Viele
Krankheiten, auch die Osteoporose, sagt er,
würden durch Proteine ausgelöst. „Sofern man
die Struktur dieser Eiweißketten entschlüsseln
kann, lässt sich auch ein Wirkstoff entwerfen,
der das schädliche Protein blockieren kann“,
erklärt Balbach, der vergangenes Jahr mit
seiner Arbeitsgruppe schon für Schlagzeilen
sorgte. Mithilfe der NMR-Spektroskopie
konnte die atomare Struktur eines bestimmten
Proteins aufgeklärt werden. Dadurch gelang
es, einen Test zum Nachweis von HIV-Viren
im Blutserum zu entwickeln.
Bereits sechs NMR-Spektrometer besitzt das
Kernresonanz-Zentrum, das sich damit zu den
größten universitären Experimentier-Werkstätten
dieser Art an Physikfachbereichen in
Deutschland zählen darf. Drei Geräte, darunter
auch das leistungsstärkste 800-Megahertz-
NMR-Spektrometer, wurden mit dem Umzug
der Physiker nach Heide-Süd für 3,7 Millionen
Euro angeschafft. Alle Geräte eint eine
unsichtbare Kraft namens Magnetismus. Die
ist nicht nur im Spektrometer, sondern auch
im Raum so groß, dass einem sprichwörtlich
das Geld aus der Tasche gezogen wird. Jochen
Balbach und Kay Saalwächter zeigen
das an kleinen Geldmünzen. Die werden vom
Magnetfeld unweit vom NMR-Spektrometer
SCIENTIA HALENSIS 2/10
entfernt schwerelos im Raum gehalten. „Kein
Permanent- und kein konventioneller Elektromagnet
vermag annähernd die gleiche Kraft
zu erzeugen“, sagt Professor Balbach. Im Zentrum
herrsche ein Magnetfeld, das 500 000fach
stärker sei als das der Erde.
Auf magnetische Gegenstände müssen die
Wissenschaftler bei ihrer Arbeit verzichten.
Alles Metallische unterliege der Anziehungskraft,
die wohl 1000-mal stärker als ein
Wandtafelmagnet sei, vergleicht Balbach. Das
Geheimnis des Supermagneten liege in der
Spule, die aus Supraleiter gefertigt ist und mit
Flüssigstickstoff und Helium auf Minus 271
Grad Celsius gekühlt werde. Das Phänomenale
daran: Strom für die Magnetspule werde
nur einmal beim Anlaufen gebraucht. Dann
kann quasi der Stecker aus der Steckdose gezogen
werden. Dank des Nullwiderstandes des
Supraleiters gibt es keine Leistungsverluste, so
dass die elektrische Energie im System dauerhaft
erhalten bleibt.
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Auch rund um das leistungsstarke 800-Megahertz-NMR-Spektrometer ist der Magnetismus verblüffend groß
– wie Kay Saalwächter (l.) und Jochen Balbach mithilfe von 5-Cent-Münzen demonstrieren.
Prof. Dr. Kay Saalwächter
Leiter der Fachgruppe NMR
Tel.: 0345 55 28560
E-Mail: kay.saalwaechter@physik.uni-halle.de
Internet: www.physik.uni-halle.de/fachgruppen/nmr
Prof. Dr. Jochen Balbach
Leiter der Fachgruppe Biophysik
Tel.: 0345 55 28550
E-Mail: jochen.balbach@physik.uni-halle.de
Internet: www.physik.uni-halle.de/fachgruppen/biophysik
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