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Lichttherapie im Inneren des Körpers

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Baku, den 23. Oktober (AZERTAG).Licht kann in veränderten Zellen viele Funktionen in Gang setzen - nur muss man es in den Körper bekommen. Forscher haben Mäusen deshalb streichholzgroße Implantate eingesetzt. Wurde das Licht eingeschaltet, produzierten sie Proteine oder warnten vor Giften.

Mit Hilfe von Licht lassen sich in Zellen vielfältige Prozesse anstoßen - jedenfalls wenn Wissenschaftler auf Licht reagierende Proteine in diese eingebaut haben. So lässt sich zum Beispiel die Produktion von Hormonen einleiten, oder aber die Zellen signalisieren durch Leuchten die Anwesenheit von Giftstoffen. Im Fachmagazin „Nature Photonics“ berichtet ein internationales Forscherteam über Implantate, die das ermöglichen können. Von einer klinischen Anwendung beim Menschen ist die Methode noch weit entfernt. Sie kann allerdings auch die Erforschung von Krankheiten vorantreiben.

Die Zellen auf Licht reagieren zu lassen, hat einen Haken. Die Körper von Menschen und Tieren sind alles andere als transparent, schon nach einem Millimeter Reise durchs Gewebe ist ein Großteil des sichtbaren Lichts geschluckt. Will man aber eine ausreichende Menge Zellen mit einem Lichtsignal erreichen, muss man mehr Gewebe durchdringen.

Das Team um Myunghwan Choi, der in den USA und Südkorea forscht, will dieses Problem durch Hydrogel lösen. Aus Polyethylenglycol (PEG) hergestellte Hydrogele werden schon heute in Implantaten verwendet. Choi und seine Kollegen haben solche Gel-Gerüste nun in lebende Zellen integriert - und das Ganze per Glasfaserkabel mit einer LED verbunden. Bis zu vier Zentimeter lang waren die streichholzförmigen Implantate, die die Forscher Mäusen im Rückenbereich eingesetzt haben.

Zwei mögliche Anwendungen erprobt - Erprobt haben sie zwei Anwendungen. Zum einen kurbelten sie die Produktion des Proteins GLP-1 bei diabetischen Mäusen an. Dies geschah über mehrere Zwischenschritte und war nur möglich, weil ein auf Licht ansprechendes Protein in diese Zelllinie eingebaut worden war. GLP-1 beeinflusst den Zuckerstoffwechsel. Zwölf Stunden lang war das Licht im Implantat eingeschaltet. Weitere 36 Stunden später maßen die Forscher den Blutzuckerspiegel dieser Mäuse und einer Kontrollgruppe, deren Implantat nicht beleuchtet wurde - und stellte einen klaren Unterschied fest.

Zum anderen nutzten sie das Implantat, um Giftstoffe in dessen Zellen frühzeitig nachzuweisen. Sie nutzten dafür Zellen, bei denen sie ein in Stresszeiten produziertes Protein mit einem fluoreszierenden Zusatz gekoppelt hatten. So konnten sie tatsächlich eine Vergiftung der Zellen messen.

Chois Team habe ein System entwickelt, das als Echtzeit-Biosensor fungieren kann oder abhängig von Lichtsignalen Wirkstoffe abgibt, loben Edward Sykes und zwei Kollegen von der University of Toronto in Kanada in einem Begleitartikel in „Nature Photonics“.

Bevor die Zellen jenseits der Grundlagenforschung zum Einsatz kommen können, sind aber noch einige Hürden zu überwinden. Unter anderem müssten vom Patienten stammende Zellen entsprechend modifiziert und verwendet werden, um Abstoßungsreaktionen zu verhindern. Auch ist noch unklar, welche Risiken ein langfristiges Tragen eines solchen Implantats mit sich bringt.

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