KKC
Ein neues Forschungsgebiet entstand in den 1990er-Jahren, als ein Forscherteam um Ernst Bamberg vom Max-Planck-Institut für Biophysik Frankfurt am Main und Peter Hegemann von der Humboldt-Universität Berlin Grünalgen untersuchte und Erstaunliches entdeckte.
Die Forscher fanden heraus, dass die Einzeller trotz fehlender Augen auf Lichtstrahlen mit Geißelbewegungen reagieren, indem sie ein Ionenkanal-Protein namens Channelrhodopsin nutzen. Dieses reagiert auf Photonen von blauem Licht und steuert wie ein Lichtschalter die Weiterleitung von Signalen in die Nervenzellen. Einige Jahre später wurde das Halogen-Rhodopsin entdeckt, das bei gelbem Licht als Ausschalter fungiert. Beide Proteine können durch Gentechniken leicht in Zielzellen eingeführt werden, sodass im Mikrometerbereich einzelne Neuronen zielgerichtet ein- und auszuschalten sind.
Die Optogenetik war geboren und löste eine Revolution in der biologischen Forschung, Neurowissenschaft und Gentherapie aus. Konnten bislang Reaktionen auf spezifische Reize nur in Bereichen von Millionen Zellen studiert werden, ist es nun möglich, Abläufe in Echtzeit in lebenden Hirnregionen zu studieren, indem durch lichtempfindliche Proteine einzelne neuronale Netze gezielt erregt oder stillgelegt werden. Roger Tsien erhielt 2008 den Nobelpreis für Chemie für sein Verfahren, mittels eines Fluoreszenzgens einer Qualle Zellen zum Leuchten zu bringen. So können arbeitende Nervenzellen nun ein Lichtsignal aussenden und gezielt kontrolliert werden. Das Magazin „Nature Methods“ erklärte die Optogenetik zur „Forschungsmethode des Jahres 2010“, denn sie ermögliche eine breite Palette von Anwendungen auch in der Medizin. Krankheiten wie Epilepsie, Narkolepsie und Parkinson werden durch Störungen der Signalübertragung in Hirnzellen ausgelöst. Anfälle sollen durch optogenetische Stimulation rechtzeitig unterdrückt werden, wie die 2010 gegründete Circuit Therapeutics in Menlo Park/Kalifornien plant. Das Unternehmen erhielt 2015 von DARPA einen Auftrag über 2,7 Millionen US-Dollar, um optogenetische Therapien gegen neuropathische Schmerzen entwickeln.
Im August 2015 erteilte die FDA dem Start-up RetroSense Therapeutics in Ann Arbor, Michigan, die Zulassung zur optogenetischen Behandlung blinder Menschen, verursacht von Retinitis pigmentosa und Makuladegeneration. Ein genetisch verändertes Virus mit einem Gen für den Bau des Channelrhodopsins soll das Sehvermögen z.T. wiederherstellen. In den USA werden zurzeit Kinder gentherapeutisch behandelt, die wegen eines Erbgutdefektes keine Lichtsinneszellen ausbilden konnten. Mit Hochdruck wird auch an optogenetischen Implantaten für das Innenohr gearbeitet. Hörgeschädigten sollen lichtaktivierte Proteine und Nano-LEDs in die Cochlea eingepflanzt werden, die die akustischen Signale der Außenwelt durch Lichtblitze hörbar machen. Weltweit arbeiten über 1.000 Labore an optogenetischen Methoden. Mittlerweile wurden über 100 Gene entwickelt, die den gewünschten lichtempfindlichen Ionenkanal oder ein beliebiges anderes gewünschtes Protein codieren. Der jungen Disziplin steht eine enorme Entwicklung bevor.
Manfred Kindler, KKC-Vorsitzender, Kontakt: m.kindler@kkc.info