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Erfolgreiche Forscher: Johannes Füßler (l.), Katharina Krebs (M.), Lisa-Marie Müller.

Jugend forscht

Kleine Chemiebausteine gegen große Schmerzen

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Drei Schüler der Frankfurter Max-Beckmann-Schule gewinnen den Landeswettbewerb Jugend forscht. Ihre Idee könnte die Wirkung von Medikamenten revolutionieren.

Das Reagenzglas enthält etwas klares Wasser. Am Boden hat sich eine blaue Schicht abgesetzt. Alles in allem ist das Glas nur drei Zentimeter hoch gefüllt. Und doch behaupten die drei Schüler, die das Ergebnis zeigen, dass ein Gramm dieses durch einen Farbstoff nun blau gefärbten Stoffes eine bis zu 1200 Quadratmeter große Oberfläche haben soll – unvorstellbar. Doch diese Erkenntnis ist gar nicht der Knaller an der Arbeit von Katharina Krebs, Lisa-Marie Müller und Johannes Füssler. Die drei Abiturienten der Max-Beckmann-Schule haben dieses Wissen als Grundlage genommen, um die unglaubliche Speicherfähigkeit des Stoffes für die Medizin zu nutzen.

Eingebracht hat ihnen das den ersten Platz beim Landesentscheid von „Jugend forscht“ im Bereich Chemie. Nun dürfen die drei zum Bundesfinale in Erlangen, dort werden sie sich vom 25. bis 28. Mai der Konkurrenz stellen und versuchen, die Jury von ihrer Idee zu überzeugen. Dafür fahren die Frankfurter alle zur Verfügung stehenden Geschütze auf: einen leistungsstarken Monitor und Tablets für jeden Juror, damit diese die Präsentation besser verfolgen können. Dabei dauert diese gerade mal zehn Minuten. An den anderen Tagen aber werden die jungen Forscher mit Fragen gelöchert, um jeden noch so kleinen Fehler ihrer Entdeckung zu offenbaren.

„Ich freue mich schon darauf, aber aufgeregt werde ich auch wieder sein“, sagt die 18-jährige Katharina. Schon beim Landesentscheid war sie nervöser als bei ihrer anschließenden Abi-Prüfung.

Doch was eigentlich ist die Idee der drei Jugendlichen? Alles beruht auf der bereits beschriebenen Eigenschaft der metall-organischen Netzwerke (Metal Organic Frameworks, MOF). Diese können dank ihrer großen Oberfläche enorme Mengen an Stoffen an sich binden (adsorbieren). Noch entscheidender ist, dass die MOFs diese Stoffe auch wieder abgeben (desorbieren). Auf diese Weise, überlegten sich die Schüler, ließen sich zum Beispiel Medikamente in den Körper bringen. Ein Jahr lang beschäftigten sich die Abiturienten mit dem Projekt, das auf den Erkenntnissen der Chemie-AG der Schule beruht.

Aktiv in den Ferien

„Einen Großteil der Arbeit erledigten sie in den Ferien“, verrät ihr betreuender Lehrer Dietmar Scherr. Es galt Unmengen an MOFs für Versuche herzustellen. Die Wahl der Schüler fiel auf FeBTC Xerogel (vereinfacht: Eisen-Benzentricarbonsäure). „Wir haben Eisen genommen, weil es körperverträglich ist“, sagt die 19-jährige Lisa-Marie. Kupfer oder Zink als Konnektor wären nur unzureichend gewesen. „Aber wir haben wirklich viel gebraucht“, erklärt Johannes – mit 20 Jahren der Älteste im Trio. Deshalb sprang das Chemieunternehmen BASF den Schülern zur Seite und schickte ihnen eine Charge der benötigten MOFs.

Damit machten die Jungforscher weiter und brachten das FeBTC Xerogel dazu, Ampicillin – ein Antibiotika – zu adsorbieren. Dann reicherten sie Bakterien in einer Petrischale an und gaben das mit dem Medikament versehene Xerogel dazu. Nach einiger Zeit bildeten sich rund um das Gel Bakterienhöfe, also Bereiche, in denen nur noch sehr wenige Bakterien vorhanden waren. Die Abgabe des Wirkstoffes hatte funktioniert. „Allerdings gibt FeBTC den adsorbierten Stoff nur langsam wieder ab“, nennt Johannes ein Ergebnis. Deshalb versuchten er und seine Mitstreiterinnen es mit der Zugabe von Ascorbinsäure (Vitamin C) und zwangen das MOF dadurch zu einer schnelleren Abgabe des Ampicillins. In diese Richtung wollen die drei ihre Forschung nun weitertreiben. „Bei einer Entzündung im Körper herrscht ein niedrigerer pH-Wert als üblich. Gelangen die MOFs dorthin, könnten sie den Wirkstoff sofort abgeben und direkt an der betroffenen Stelle wirken“, sagt Katharina. Auch Ascorbinsäure hat einen niedrigen pH-Wert.

„Viele Medikamente wirken entweder zu schnell oder zu langsam. Mit den MOFs könnte eine genaue Aktivierung möglich sein“, sagt Scherr. Bei Schmerzmitteln sei eine Anwendung denkbar. Trotz ihres beachtlichen Forschungserfolgs planen die Abiturienten ihre Zukunft in anderen Bereichen. Johannes will Psychologie studieren, Katharina Chemielehrerin werden und Lisa-Marie liebäugelt mit Medizin.

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