Strahlen schalten Schmerzen ab

Forscher haben im Tierversuch gezeigt, wie sich Nerven mit Licht deaktivieren lassen.

Das Experiment war durchaus beeindruckend: Sobald die Forscher der Stanford University ein blaues Licht auf die Pfoten eines Nagers richteten, begann dieser vor Schmerz zu quieken. Andere Mäuse erschienen dagegen schmerzlos, wenn sie einem Hitzestrahl ausgesetzt wurden.

Die Stanford-Untersuchung zeigt, wie weit die sogenannte Optogenetik im Laborbereich bereits gekommen ist. Dabei handelt es sich um ein komplexes biophysikalisches Verfahren, mit dem es möglich ist, Nervenzellen detailliert zu kontrollieren. Mit etwas Glück könnte die Technik in einigen Jahren dazu führen, dass chronische Schmerzpatienten nur eine Lichtquelle, etwa eine starke Taschenlampe, auf ihre Haut richten müssten, um ihr Leiden zu mildern.

"Patienten könnten sich so Linderung auf Knopfdruck verschaffen", erläutert Michael Kaplitt, Neurochirurg und Wissenschaftschef von Circuit Therapeutics, einem drei Jahre alten Biotechnik-Start-up aus Palo Alto, das gerade mit einigen der Stanford-Forscher an einem klinischen Behandlungsmodell arbeitet.

Die Optogenetik erlaubt es Forschern bereits, präzise zu steuern, was Versuchstiere fühlen, wie sie sich verhalten und offenbar sogar was sie denken. Dabei wird die DNA von Nervenzellen verändert, so dass sie in Reaktion auf Lichtimpulse ein- oder ausgeschaltet werden können. Die Grundlagen dazu wurden vor neun Jahren gelegt – unter anderem im Labor von Karl Deisseroth, einem der Mitbegründer von Circuit Therapeutics, der nun auch an der aktuellen Mäusestudie arbeitet.

Bislang lag die spannendste Anwendungsmöglichkeit der Optogenetik darin, Effekte direkt im Gehirn der Tiere zu erzeugen. Dabei wird Licht durch ein implantiertes Glasfaserkabel geleitet. In einer früheren Studie zeigte Deisseroths Gruppe, wie man Mäuse das Gefühl von Angst vermitteln oder sie furchtlos machen konnte.

Circuit hat mittlerweile 47 Mitarbeiter, die an miniaturisierten Lichtgeneratoren und verbesserten Genwerkzeugen arbeiten, um die Optogenetik zu kommerzialisieren. Kaplitt betont, dass es dabei nicht nur um den Bereich der Schmerzen geht, sondern auch um die Behandlung psychiatrischer Krankheiten, die dann über Implantate im Hirn gemildert werden könnten.

Nerven außerhalb des Denkapparates zu kontrollieren ist sogar einfacher. Die empfindlichen Nervenenden, auch Nozizeptoren genannt, die bei Hitze oder Druck anschlagen, liegen nur zwei Haarbreiten unter der menschlichen Haut und ließen sich mit einem hellen mobilen Licht kontrollieren. "Wir haben Ingenieure hier bei uns, die darüber nachdenken, wie ein solches Gerät aussehen könnte", sagt Kaplitt. "Schmerz ist eine Frage der Wahrnehmung. Und diese Wahrnehmung wollen wir ausschalten."

Die jüngste Studie der Stanford-Forscher zeigt, wie sich gentherapeutische Verfahren nutzen lassen, um lichtempfindliche Moleküle in die Nervenenden der Haut von Mäusen zu befördern. Jedes Tier wird dann in eine kleine Plexiglaskammer mit einem transparenten Boden gesteckt.

Beleuchtete man diesen dann mit blauem Licht, schreckten die Tiere auf, quiekten oder leckten sich die Extremitäten – alles Zeichen von Schmerz. Das Team konnte die Schmerzempfindung auch blockieren. Dabei wurden die Tiere in gelbes Licht gebadet. Dass schaltete Nervenendenimpulse ab, die eigentlich dafür sorgen müssten, dass sich die Nager durch ein Band stören ließen, dass in ihre Beine zwickte. Auch heiße Infrarotstrahlen lösten zunächst keine Reaktion aus.

Die neue Studie baut auf früheren Stanford-Versuchen und Arbeiten an der kanadischen McGill University auf. "Der Grund, warum dieses Paper so spannend ist, liegt in zwei neuen Möglichkeiten. Man kann Nervenzellen, die Schmerz auslösen, frei ein- und ausschalten. Außerdem lässt sich dies auch durch Lichteinwirkung von außen erreichen", sagt Kaplitt.

Schmerz ist der Hauptgrund, warum Menschen in den USA einen Arzt aufsuchen. 635 Milliarden Dollar im Jahr werden dafür ausgegeben. Aktuell können Mediziner in vielen Fällen wenig tun und Schmerzpillen haben nicht selten problematische Nebenwirkungen.

Bis es zu einer optogenetischen Behandlung am Menschen kommen kann, wird es aber noch dauern. So ist es bislang schwierig, die richtigen Nervenzellen mit Licht zu treffen. Gleichzeitig arbeitet der Ansatz mit der experimentellen Technik der Genmodifikation. Ein Jahrzehnt oder mehr voller Experimente steht den Forschern wohl noch bevor.

Circuit hat bereits Gelder von Investoren wie den früheren Google-Managern David Jeske und Scott Hassan eingeworben, auch die Stanford University investiert. Das Start-up ist zudem nicht der einzige Anbieter auf dem Gebiet. Der MIT-Forscher Ed Boyden, der in Stanford die Optogenetik mitentwickelt hat, gründete mit Eos Neuroscience seine eigene Firma, die unter anderem an schmerzlindernden Techniken arbeitet. (bsc)