Performance und Power

Optogenetik: Implantierbare LED-Technik als Zukunft der Schmerz-Therapie

Wenn der chronische Schmerz in Rücken, Kopf oder Gelenken sticht, hat schon so mancher von einem kleinen Schalter fantasiert, mit dem sich die Qual einfach abstellen lässt. Dieser Wunsch könnte durch implantierbare LED-Technik in Erfüllung gehen. Den Schlüssel hierzu liefert ein relativ junges Fachgebiet, das von der Zeitschrift Nature Methods zur “Method of the Year 2010” gekürt wurde: die Optogenetik. Diese kombiniert Techniken der Optik und der Genetik mit dem Ziel, bestimmte Reaktionen von Zellen ein- und ausschalten zu können.

Hierzu werden lichtempfindliche Proteine gentechnisch verändert und in Zellen implantiert, damit diese sich per Lichtstrahl kontrollieren lassen. Dem Vater der Optogenetik, Karl Deisseroth, gelang es damit bereits, Parkinson-Symptome bei Labor-Mäusen zu lindern. “Zwischen 50 und 80 Prozent der Symptome verschwinden und Patienten brauchen bis zu 60 Prozent weniger Medikamente”, verdeutlicht Jaimie Henderson den Erfolg optogenetischer Methoden bei menschlichen Patienten. Durch die weitere Erforschung von Informationsübermittlungswegen in den Nerven und im Gehirn erhoffen sich die Wissenschaftler zudem Möglichkeiten, um unter anderem Epilepsie bekämpfen und sogar Blinde wieder sehend machen zu können. Dafür müssen aber zunächst die Ursachen von Gebrechen oder chronischen Schmerzen gefunden werden.

Von kabelgebundener Technik zum Implantat

Ähnliche Eigenschaften wie biologisches Gewebe

Das Problem dabei: In der Optogenetik kamen bisher externe Lichtquellen zum Einsatz, deren Fiberglasfasern an Schädel oder Knochen befestigt werden mussten, damit bei bestimmten Bewegungen kein umliegendes Neuronalgewebe beschädigt wurde. Das beschränkte jedoch die Einsatzmöglichkeiten der Technik. Auf der Suche nach Alternativen stieß das Team von Robert Gereau, Anästhesiologie-Professor und Leiter des Schmerzforschungszentrums an der Washington Universität in St. Louis, auf die von der Rogers Research Group entwickelte kabellose LED-Technik.

Sie besteht aus einem sehr dünnen und weichen Material, das ähnliche mechanische Eigenschaften wie biologisches Gewebe aufweist und sich deshalb gut für Implantationen eignet. Rogers und sein Team hatten damit die Gerhirnaktivität von Mäusen beeinflusst. In Experimenten zeigten die Forscher zudem, dass das Implantat über lange Zeit im Körper bleiben kann, ohne dabei Gewebe zu beschädigen oder die Bewegungsfreiheit einzuschränken. Nachdem die beiden Gruppen sich zusammengeschlossen hatten, konstruierten sie eine neue Version der LED-Technik. Während diese zuvor von einer externen Antenne mit Energie versorgt wurde, verfügt die neue Version über eine winzige integrierte Antenne, die Energie aus Hochfrequenzsignalen gewinnt.

Forscher spüren dem Schmerzempfinden nach

Neue Therapien auf der Basis optogenetischer Technik

Auf diese Weise konnten die Forscher die neuronalen Netze im peripheren Nervensystem und Rückenmark von Lebewesen studieren. Indem sie Licht auf optogenetisch veränderte Neuronengruppen warfen, zeigten sie auf, dass diese für Schmerzempfinden zuständig sind. Die Forschungsergebnisse bilden die Grundlage zur Entwicklung künftiger Schmerztherapien.

neurons lotsadem

Denn erst wenn die Wissenschaft die Informationsverarbeitung in den neuronalen Netzen genau versteht, kann sie Lösungen auf Basis optogenetischer Techniken finden. Denkbar wäre es, winzige LED-Lampen auf Dauer über den schmerzverursachenden Nerven zu implantieren. Dann wäre es tatsächlich möglich, einfach einen kleinen Schalter umzulegen und so für Linderung zu sorgen.

Cover-Foto & Bild 1: MIT McGovern Institute – Ed Boyden

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