Blinde Mäuse sehen das Licht

Schweizer Forschern ist es gelungen, erblindeten Mäusen mit Hilfe einer Gentherapie einen Teil ihres Augenlichts wieder zu geben. Dabei wurden bestimmte Retinazellen mit Hilfe eines Bestandteils aus Algen-DNA reaktiviert. Die Nager konnten danach nicht nur die Präsenz von Licht spüren, sondern reagierten auch auf bewegliche Schwarz-Weiß-Muster, was zeigt, dass sie Objekte unterschiedlicher Größe unterscheiden konnten.

"Sehr feine Details sollten sie nicht erkennen können, aber einige der größeren Objekte", sagt Botond Roska, Neurobiologe am Friedrich-Miescher-Institut für biomedizinisch Forschung in Basel, der die Studie zusammen mit Wissenschaftlern an der Harvard Medical School durchführte.

Die Versuchstiere bei der Studie litten an einer speziellen Form von Erblindung, die genetisch bedingt ist. Ihrer Netzhaut fehlen fast alle Sehzellen. Dieser Zustand, der beim Menschen unter anderem durch Erkrankungen wie Makuladegeneration oder Retinopathia pigmentosa ausgelöst wird, kommt sehr häufig vor. Weil die Sehzellen der Mäuse vollständig fehlten, nahmen sich die Forscher einfach die nächste Zellschicht im Sehapparat vor, die so genannten bipolaren Zellen.

Normalerweise reagiert dieser Zelltyp auf die Lichtintensität. Eine Untergruppe namens ON-Zellen erzeugt Signale, wenn Licht auf sie fällt, während so genannte OFF-Zellen sich "abschalten". Das dadurch erzeugte Muster zeigt dem Gehirn die Helligkeit von Objekten in der Nähe an. Bei den blinden Mäusen konnte keiner der beiden Zelltypen, die ihre Informationen normalerweise direkt von den Sehzellen erhalten, die Präsenz von Licht erkennen.

Roskas Gruppe widmete sich im Versuch den ON-Zellen mit Hilfe eines lichtempfindlichen Algenproteins namens ChR2 zu. Es sollte dafür sorgen, dass dort wieder Lichtempfindlichkeit entsteht, wo es vorher keine mehr gab. "Wir haben damit praktisch die Sehzellen in der Netzhaut nachgebaut", sagt der Forscher.

Das ChR2-Protein bettet sich in die äußere Membran der ON-Zellen ein und agiert dort als eine Art Kanal. Ist Licht vorhanden, öffnet sich dieser und positiv geladene Ionen gelangen in die Zelle. Diese positive Ladung aktiviert sie und sorgt für die Freisetzung von Neurotransmittern, die wiederum die dahinter liegenden Nervenzellen erreichen. So generieren Lichtimpulse ein elektrisches Signal, das seinen Weg durch das Auge und schließlich in das Gehirn nimmt.

Der Trick dabei war, sich nur die ON-Zellen vorzunehmen. Würden auch die OFF-Zellen oder andere Netzhautzelltypen lichtempfindlich gemacht, erhielte das Gehirn höchstwahrscheinlich konfuse Signale. Bevor das ChR2-Gen in die Augen der Mäuse injiziert wurde, veränderten die Forscher es deshalb mit einem DNA-Abschnitt, auf den nur ON-Zellen reagieren. Dadurch können zwar alle Netzhautzelltypen das Gen aufnehmen, doch nur ON-Zellen stellen das gewünschte ChR2-Protein dann auch her.

Im Gegensatz zu ihren unbehandelten blinden Artgenossen reagierten die ChR2 -Mäuse auf wieder helles Licht – sie versuchten dann, sich in ihrem Käfig zu verstecken. Platzierte man sie auf einer stehenden Plattform in einer sich drehenden Röhre mit schwarzen und weißen Streifen, folgten sie dem sich bewegenden Muster. Durch die Verwendung immer kleinerer Streifen war es dann möglich, die Grenzen der gewonnenen Detailauflösung bei den Tieren zu testen – sie lag bei ungefähr der Hälfte von dem, was normale Mäuse leisten können.

"Das Schöne an dieser Studie ist, dass es gelang, ein Verhaltensmuster wieder herzustellen, das sich klar interpretieren lässt", meint Ed Boyden, Juniorprofessor am MIT Media Lab, der selbst Pionier bei der Verwendung von ChR2 im Zusammenhang mit dem Gehirn ist. "Das ist die erste Verhaltensverbesserung, die sich für die Verwendung dieses Gens im Sehapparat nachweisen ließ."

Würde die Technik zur Behandlung erblindender Menschen angepasst, würden die Forscher laut Roska das Gen wahrscheinlich mit dem AAV-Virusverfahren ans Ziel bringen. Dies ist ein übliches Werkzeug in der Gentherapie, das bereits zur Behandlung einer sehr seltenen menschlichen Erblindungskrankheit verwendet wurde. Die Technik soll sich in mehreren klinischen Studien als sicher und funktionsfähig erwiesen haben. Durch eine Veränderung des Proteinüberzugs könnten Forscher die Technik so anpassen, dass wirklich nur ON-Zellen infiziert würden.

Die Auslieferung mit Hilfe von Viren könnte die Wirksamkeit der Technik erhöhen, meint Roska – und die Sehkraft vielleicht noch deutlicher verbessern. Während bei Mäusen nur rund 10 Prozent der ON-Zellen beeinflusst werden konnten, dürfte das AAV-Verfahren erfolgreicher sein.

In Zukunft wollen Roska und seine Kollegen auch die andere Hälfte der bipolaren Zellen angehen – die OFF-Zellen. Boyden und andere Forschen haben bereits eine Art Schwestertechnik für ChR2 entwickelt – mit Hilfe eines Proteins namens Halorhodopsin, das Zellen bei Lichteinfluss deaktivieren kann. Sollte es möglich sein, dieses Protein speziell auf OFF-Zellen zu münzen, ließe sich auch diese Komponente des Sehapparats reparieren. "Das würde uns eine neue Art der Kontrolle der Informationsübertragung an das Gehirn geben", meint Boyden.

Roskas Gruppe sucht derzeit noch nach einem Genregulator, der auf OFF-Zellen passt, um das Halorhodopsin genau an die richtige Stelle zu bringen. "Obwohl wir das richtige Werkzeug haben, fehlt uns doch noch die Adresse, wo wir es hinliefern können", erklärt er. (bsc)