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Nachrichten über die Verbesserung, Erweiterung und Ablösung des Menschen

Wissenschaftler haben optogenetisches Implantat entwickelt

21.01.2013

Mit dem bahnbrechenden Implantat können einzelne Nervenzellen gentechnisch verändert und mit einem "Lichtschalter" gesteuert werden

Die Optogenetik ist ein relativ neues Forschungsgebiet, in dem Zellen durch Einbringen von lichtsensitiven Proteinen (mikrobielle Rhodopsine) in die DNA mit Licht einer bestimmten Wellenlänge gezielt gesteuert werden können. Das ist auch möglich mit Nervenzellen im Gehirn. Mit dem "Lichtschalter" lassen sich einzelne Nervenzellen nichtinvasiv sehr viel genauer als mit der üblichen Methode der Stimulation durch Mikroelektroden an- oder ausschalten. Wissenschaftler konnten schon zeigen, dass sich mit einer entsprechenden Beleuchtung von solchen gentechnisch veränderten Nervenzellen das Verhalten von Tieren wie Mäusen oder Fischen beeinflussen lässt.

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Um dauerhaft bestimmte Neuronen oder Neuronenverbände kontrollieren und beobachten zu können, was beispielsweise zur Behandlung von neurologischen Störungen notwendig wäre, wäre allerdings ein Implantat erforderlich. Wissenschaftler vom Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), vom Bernstein Center der Universität Freiburg und dem Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research in Basel haben ein solches Implantat entwickelt, wie sie in der Zeitschrift Lab on a Chip berichten, das für das Verständnis des Gehirns große Möglichkeiten bereithält.

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Das multimodale, optogenetische Implantat. Bild: IMTEK/Universität Freiburg

Das einen Viertelmillimeter breite und einen Zehntelmillimeter hohe Gerät besteht aus Polymeren, die für Nervenzellen verträglich sind. Mit einem Wellenleiter können nicht nur einzelne Nervenzellen mit Lichtreizen gesteuert, sondern mit den im Gerät integrierten Platinelektroden können gleichzeitig auch deren Aktivitäten gemessen werden. Und mit dem Injektionskanälen für Flüssigkeit können die Proteine zudem in die Zellen eingebracht werden, um sie gentechnisch so zu verändern, dass der Lichtschalter wirksam wird.

Die Wissenschaftler haben das Implantat in einem ersten Versuch an lebenden Mäusen getestet. Mit dem Gerät ließen sich die elektrophysiologischen Aktivitäten von einzelnen Nervenzellen messen, die durch das über den Wellenleiter in das Gewebe geleitete Laserlicht verändert wurden. Die Wissenschaftler wollen mit ihrem optogenetischen, multimodalen Implantat neuartige Experimente ermöglichen. Das Gerät soll nun so weit entwickelt werden, dass es in Serienfertigung gehen kann. Den Injektionskanal wollen die Wissenschaftler künftig so gestalten, dass er sich nach Durchleitung der gentechnischen Substanzen auflöst, wodurch das Gerät noch kleiner würde.

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