Ärzte Zeitung online, 17.03.2017
 

Optogenetik

Neuronale Netze für die Retinitis-Forschung

Dr. Volker Busskamp knüpft neuronale Netze, die eines Tages etwa Patienten mit Retinitis pigmentosa helfen sollen, wieder sehen zu können.

Von Peter Leiner

Ärzte Zeitung: Dr. Busskamp, Sie beschäftigen sich bei der Entwicklung von Methoden gegen Blindheit außer mit der Optogenetik auch mit künstlichen neuronalen Schaltkreisen. Was ist darunter zu verstehen?

Dr. Volker Busskamp: Neuronale Schaltkreise bestehen aus einzelnen wenigen Zellen, die wir aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) entwickelt haben. Damit lassen sich neurodegenerative Erkrankungen erforschen und Therapiemöglichkeiten entwickeln. Wir wollen gezielt Schaltkreise schaffen, in die wir zum Beispiel mutierte Nervenzellen oder auch Photorezeptorzellen, die eine Mutation tragen, zwischenschalten können. Dann können wir prüfen, wie gut sie über mehrere Synapsen hinweg Signale weiterleiten. Wenn man zu viele Nervenzellen zusammenbringt, dann verschalten die sich willkürlich.

Woher stammen die humanen iPS-Zellen?

Wir stellen diese Stammzellen nicht selbst her, sondern verwenden bereits etablierte iPS-Zelllinien, die aus Fibroblasten abgeleitet und für die Forschung freigegeben sind. Wichtig ist, dass es sich nicht um humane embryonale Stammzellen handelt. Solche iPS-Zellen können auch von Zellen des Blutes entwickelt werden.

Was können Sie mit solchen Schaltkreisen anfangen?

Mithilfe der Optogenetik können wir die ersten Zellen mit Licht aktivieren. Anschließend können wir die Funktionen verfolgen und einzelne Synapsen analysieren. Dazu gehören etwa Mutanten von synaptischen Proteinen, die Auslöser für Krankheiten sind. Sie werden sowohl funktional als auch genetisch analysiert. Solche Modelle lassen sich an alle möglichen Fragestellungen anpassen.

Wie würden Sie die Ergebnisse ihrer Forschung zu neuronalen Schaltkreisen, wenn sie ausgereift sind, bei Retinitis pigmentosa anwenden?

Wir wissen, dass sich die anderen Zellen in der Netzhaut verändern, wenn die Photorezeptoren nicht mehr funktionieren. Welche Zellen besonders anfällig sind, das weiß man noch nicht genau. Dieses "Remodelling" könnte man in einem solchen Schaltkreis isoliert betrachten. Vor allem für die Anwendung der Optogenetik muss man wissen, wie stabil die synaptischen Verbindungen unterhalb der Photorezeptoren noch sind, damit man eine Therapiemöglichkeit wählt, die langfristig erfolgreich ist.

Ist das Gebiet, in dem Sie forschen – Kombination aus Bioingenieurswissenschaft, Stammzellforschung, Neurowissenschaft und Systembiologie – ein komplett neues Forschungsfeld?

Jedes dieser Forschungsfelder für sich ist ja bereits Standard. Bei der Zusammenführung dieser Bereiche habe ich den Luxus, dass ich die Volkswagenstiftung und das European Research Council überzeugen konnte, meine Forschung finanziell zu unterstützen. Zusätzlich bietet mir der Exzellenzcluster der TU Dresden, Zentrum für regenerative Therapien, die Möglichkeit, dass ich diese verschiedenen Optionen der Forschung in einem Labor nutzen kann.

Ist die klinische Anwendung ihrer Forschungsergebnisse noch weit entfernt?

Von meiner aktuellen Forschung ist es bis zur klinischen Anwendung noch ein weiter Weg. Dagegen wird die Optogenetik in der Netzhaut gerade umgesetzt. Mit meinem Doktorvater Dr. Botond Roska vom Friedrich Mischer-Institut in Basel habe ich 2008 gezeigt, dass bestimmte Interneurone wieder lichtsensitiv gemacht werden können, sodass die Signalverarbeitung erhalten bleibt.

Bereits zwei Jahre zuvor hatten Kollegen in den USA gezeigt, dass man bei Retinitis pigmentosa eine gewisse Art von Sehen und Erkennen ermöglichen kann, wenn man die letzten Zellen in der Netzhaut optogenetisch aktiviert. Dieser Ansatz wird von einer US-Firma klinisch in einer Sicherheitsstudie umgesetzt. Geprüft wird etwa, wie viele virale Partikel als Genfähren injiziert werden können. Derzeit warten wir noch auf die Ergebnisse.

Was ist Ihr nächstes F orschungsziel?

Wir machen in meinem Labor in Dresden vielseitige Experimente. Jeder Mitarbeiter hat ein anderes Experiment, das in eine andere Richtung weist. Derzeit probieren vorrangig, eine höhere Zahl von Nervenzellen schnell und effizient herzustellen. Dadurch steigt die Chance, dass wir Zellen gewinnen, die wir eines Tages transplantieren können, wie es etwa zur Therapie bei Patienten mit Morbus Parkinson gemacht wird. In vielen Versuchen geht es auch um die Transplantation von Photorezeptorzellen.

Dr. Volker Busskamp

- Aktuelle Position

Forschungsgruppenleiter am DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) der Technischen Universität Dresden

- Ausbildung

Bis 2006 Studium der Biotechnologie an der TU Braunschweig. 2010 Promotion in Neurowissenschaften im Labor von Professor Botond Roska am Friedrich-Miescher-Institut in Basel, Schweiz. Danach Wechsel als Postdoktorand in die Arbeitsgruppe von Professor George Church an der Harvard Medical School in Boston, USA, mit dem Schwerpunkt Stammzellenforschung und Systembiologie..

- Forschung

Anwendung der Optogenetik zur Reparatur von Photorezeptoren in Modellen für Retinitis pigmentosa. Entwicklung neuronaler Schaltkreise (biologische Computer) durch Kombination von Stammzellforschung, Neuro- und Bioingenieurswissenschaft.

- Auszeichnungen (Auswahl)

2015 ERC Starting Grant investigator, 2014 "Young Investigator Award" der European Society for Gene and Cell Therapy, 2014 Freigeist Fellowship der Volkswagen Stiftung, 2012 Faculty of Natural Sciences Prize, Universität Basel, 2012 Human Frontiers Science Program (HFSP) – Postdoctoral Fellowship, 2011 "RP - Research Prize" by Pro Retina Germany

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