10. – 13. Schuljahr

Tibor Gyalog und Meret Hornstein

Nanomedizin: interdiszipläre Wissenschaft in der Schule

Eine Unterrichtseinheit für das Gymnasium

Die Nanotechnologie eröffnet für die Medizin neue Möglichkeiten, beispielsweise bisher unheilbare Krankheiten zu therapieren. Dabei verschwimmt im Bereich der Nanomedizin die Grenze zwischen Medizin und Naturwissenschaft einerseits und zwischen den Disziplinen Physik, Chemie und Biologie andererseits (s.a. Kasten). Neben der überfachlichen Auseinandersetzung mit Naturwissenschaft wirft die Thematik zudem auch soziologische und ethische Fragen auf.
Diese mehrdimensionale Kontextualisierung und die damit verbundenen Anknüpfungspunkte an persönliche Erfahrungen könnten auch dazu beitragen, das Interesse für Naturwissenschaften und insbesondere für Physik zu wecken (vgl. dazu auch UP82 „Medizin, UP131 „Röntgenstrahlung und UP141/142 „Radioaktivität.
NanomedIzin als Thema des Unterrichts
In der Nanomedizin spielen verschiedene physikalische Eigenschaften von erkrankten Organen bzw. Zellen eine wichtige Rolle (s.a. Kasten 1 und Beispiel in Abb. 1 ).
Nanomedizin: ein interdisziplinäres Forschungsgebiet als sinnstiftender Kontext
Nanomedizin: ein interdisziplinäres Forschungsgebiet als sinnstiftender Kontext
Die Nanomedizin entwickelt neue Diagnose- und Therapiemethoden, die Krankheiten auf der Nanometer-Skala untersuchen und bekämpfen, also im Größenbereich einzelner Moleküle. Auf dieser Größenskala ist eine Trennung der Disziplinen Physik, Chemie und Biologie kaum mehr möglich.
Zur Illustration sei hier auf das für die Biochemie zentrale Schlüssel-Schloss-Prinzip hingewiesen: Geometrisch zueinander passende chemische Strukturen verbinden sich, um spezielle biochemische Funktionen auszuüben. Die Frage, ob die Untersuchung dieser „stereometrischen Proteinverschränkungen eher Teil der Biologie oder eher Teil von Chemie und Physik ist, lässt sich kaum beantworten; auch wäre eine Antwort nicht sehr hilfreich. Die Nanomedizin zeigt also, dass sich viele interessante Fragestellungen der aktuellen Forschung nicht einfach einer Disziplin zuordnen lassen, sondern interdisziplinär betrachtet werden müssen.
Entsprechend wird auch bei der Entwicklung neuer nanomedizinischer Diagnose- und Therapiemethoden in interdisziplinären Teams zusammengearbeitet, beispielsweise am Swiss Nanoscience Institute in Basel. So gab es in den vergangenen 30 Jahren zahlreiche Entwicklungen, bei denen Physikerinnen, Chemiker, Ärztinnen und Biologen gemeinsam beteiligt waren. Zahlreiche Universitäten und Fachhochschulen sind mittlerweile dazu übergegangen, neue interdisziplinäre Studiengänge anzubieten.
Die Arbeit in interdisziplinären Wissenschaftsteams wird allerdings dadurch erschwert, dass die einzelnen Forschenden aus unterschiedlichen Bereichen kommen und daher unterschiedliche wissenschaftliche Sprachen sprechen. Um grundlegend neue Technologien zu entwickeln, ist jedoch ein neuer Standunkt unabdingbar.
Vor diesem Hintergrund erscheint es sinnvoll, auf Gymnasialniveau Unterricht zu aktuellen Forschungsbereichen wie der Nanomedizin als integrierten naturwissenschaftlichen Unterricht zu gestalten. Die Problemstellungen, die Schülerinnen und Schüler typischerweise interessieren, kommen dabei vielfach aus der Biologie oder aus der Medizin. Bei einer vertieften Beschäftigung mit den Fragen der Jugendlichen ist man jedoch schnell in anderen Disziplinen. So kommt man z.B. kaum um biochemische Prozesse herum, wenn man das Thema Ernährung in der Tiefe verstanden haben möchte. Das Beispiel Nanomedizin knüpft damit letztlich an viele Versuche an, Physik im Unterricht sinnstiftend zu kontextualisieren [2].
Die zugrundeliegenden, teilweise recht eindrucksvollen, aber physikalisch leicht verständlichen Technologien können genutzt werden, um Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe II einen neuartigen Zugang zur Physik zu eröffnen.
Wir haben auf der Basis von Materialen des Swiss Nanoscience...

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