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Lichtblitze für das Gehirn

Optogenetik im Dienst der Medizin

Von Michael Lange

Optogenetik im Einsatz bei einer Versuchsmaus
Optogenetik im Einsatz bei einer Versuchsmaus (Stanford University)

Eine Maus sitzt ruhig in ihrem Käfig. Dann ein blauer Lichtblitz; und die Maus läuft unentwegt im Kreis. Ein gelber Lichtblitz lässt sie dann augenblicklich wieder stillstehen. Mit einer neuen Technik namens Optogenetik können Wissenschaftler ihre Versuchstiere regelrecht fernsteuern. Eine Verknüpfung von Gentechnik und Optik macht es möglich, einzelne Nervenzellen im Gehirn gezielt an- und auszuschalten. Kein anderes Verfahren hat die Neurowissenschaft in den letzten Jahren derart vorangebracht. Nun wollen die Forscher mit Optogenetik Krankheiten behandeln: Parkinson, Epilepsie oder Erblindung. Die Möglichkeiten scheinen unbegrenzt. Über die Zukunftsaussichten dieser neuen Technik diskutierten weltweit führende Spezialisten auf einer Dahlem-Konferenz in Berlin.

Karl Deisseroth ist zugleich Bio-Ingenieur und Psychiater. Er arbeitet an der Stanford-Universität in Kalifornien, und - obwohl gerade einmal 41 Jahre alt - ist er ein Star der Neurowissenschaften. Als er 2004 ein Protein aus Algenzellen bestellte und in Nervenzellen von Mäusen verpflanzte, war das der Startschuss für eine neue Wissenschaft, die er später Optogenetik nannte.

"Optogenetik bedeutet: Wir benutzen Licht und Optik, um einzelne, ganz bestimmte Zellen zu kontrollieren. Mit Optogenetik lassen sich Zellen in einem lebenden Gewebe und sogar in einem lebenden Tier gezielt an- oder ausschalten. Wir kontrollieren zum Beispiel Nervenzellen, genau so, wie ein Dirigent die einzelnen Instrumente in einem Orchester kontrolliert."

Ein Gen aus Algen verleiht den Tierzellen einen Lichtsensor. Sobald ein Lichtstrahl darauf trifft, aktiviert er die Zelle. Mit Glasfaserkabeln bringt Karl Deisseroth das Licht auch in die Gehirne seiner Versuchstiere. So konnte er Mäuse im Kreis laufen lassen, ängstlichen Mäusen die Angst nehmen oder das Verlangen nach Drogen bei Mäusen ausschalten.

Die Erfolge sind so beeindruckend, dass auch Mediziner über die Nutzung der Optogenetik nachdenken. So könnten bei Parkinson-Patienten bestimmte Nervenzellen, die ihre Aufgabe nicht mehr erfüllen, durch Optogenetik und Licht wieder aktiviert werden.

Dazu Henrik Walter, Professor für Psychiatrie, Neurowissenschaft und Neurophilosophie an der Berliner Charité.

"Es hat sich ja inzwischen in Teilen der Neurologie und auch in Teilen der Psychiatrie die tiefe Hirnstimulation als neue Methode etabliert, wobei man elektrisch stimuliert. Und da liegt natürlich der Gedanke nahe, dass man das präziser machen könnte mit der Optogenetik. Ob das nicht die bessere Methode wäre. Dieser naheliegende Gedanke ist aber noch etwas, was weit in der Zukunft liegt."

Was bei Mäusen fast schon Routine ist, kommt beim Menschen aus ethischen und medizinischen Gründen zurzeit nicht infrage. Immerhin müssen fremde Gene in das zentrale Nervensystem eines Menschen eingeschleust werden. Erfahrungen fehlen in diesem Bereich. Viele Nebenwirkungen sind möglich. Insbesondere dann, wenn das Licht die falschen Zellen einschaltet.

"Und es ist auch nicht so, wie man das manchmal in Publikationen liest, dass man einfach Verhalten an- und ausschalten kann beim Menschen, weil das menschliche Gehirn doch etwas komplizierter ist als das Mausgehirn."

Um überhaupt abschätzen zu können, welche Gefahren bei der medizinischen Anwendung lauern, haben einige Forscherteams nun begonnen, die Optogenetik bei Rhesusaffen zu erproben.

Erste wissenschaftliche Publikationen beschreiben zum Beispiel, dass sich die Augenbewegungen von Rhesus-Affen mit einem Lichtschalter im Gehirn verändern lassen. Der Star der Optogenetik Karl Deisseroth sieht die Entwicklung sehr optimistisch.

"Das optogenetische Werkzeug geht an Tausende Labors überall auf der Welt, und einige davon forschen mit Primaten. Es ist nicht so leicht, aber einige berichten bereits von Verhaltensänderungen. Da herrscht eine Menge Begeisterung."

Einfacher als in einem kompliziert verschalteten Gehirn ist die Anwendung der Optogenetik im Auge. Nach erfolgreichen Versuchen mit Affen steht die Behandlung einer Augenkrankheit namens Retinitis Pigmentosa kurz bevor. In Paris haben die Vorbereitungen für eine klinische Studie bereits begonnen.

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