Präsidentensymposium

Die Optogenetik erreicht die Klinik

optogenetik maus 600Lenken mit Licht: Um Zellen steuern zu können, implantieren Wissenschaftler ein Glasfaserkabel im Hirn einer Maus, die sich frei bewegen kann. Schalten sie das Licht an, beginnen vorher ausgesuchte Neuronengruppen schlagartig zu feuern oder verstummen plötzlich. Aus dem Verhalten des Tieres schließen die Forscher, welche Aufgabe die Zellen erfüllen. (c) Deisseroth lab

Kaum ein anderer Ansatz hat die Neurowissenschaften der vergangenen zehn Jahre so geprägt wie die Optogenetik. Die Methode steht kurz vor dem Sprung in die Klinik. Es ist also an der Zeit, sich die Technik und ihre aktuellen Erfolge genauer anzuschauen. Die Deutsche Gesellschaft für Neurologie (DGN) hat deshalb den Begründer der Optogenetik, Prof. Karl Deisseroth, zu ihrem 90. Jahreskongress in Leipzig eingeladen. Im Rahmen des Präsidentensymposiums wird der US-Psychiater, Neurobiologe und Bioingenieur am 21. September 2017 über „Optogenetics and Neuropsychiatric Disorders“ referieren. Im Folgenden eine Einführung in die wegweisende Arbeit von Karl Deisseroth, die Appetit darauf machen soll, den Forscher in Leipzig live zu erleben.

Der Neurowissenschaftler und Psychiater Karl Deisseroth, Stanford, USA, entwickelte vor zwölf Jahren die Optogenetik. Sie erlaubt es, spezifische Neuronen und Neuronennetzwerke im Gehirn von lebenden Tieren ein- und auszuschalten. So können Forscher kausale Zusammenhänge zwischen neuronaler Aktivität und Verhalten herstellen. Die Optogenetik hilft, Fehlfunktionen in neuronalen Schaltkreisen aufzudecken, und bietet neue Ansatzpunkte für Therapien, etwa in der Tiefen Hirnstimulation.

Schaltkreise der Angst

Karl Deisseroth und sein Team schleusen mithilfe viraler Vektoren mikrobielle Opsine in Nervenzellmembrane. Diese Transmembran-Rhodopsine besitzen Regulatoren, die per Laser aktiviert oder deaktiviert werden können. Die Forscher haben quasi einen Ein- und Ausschalter für Nervenzellaktivität entwickelt. Inzwischen liegt eine Reihe von Studienergebnissen vor, die zeigen, wie per Laser das Verhalten von Tieren gezielt gesteuert werden kann.

Per Optogenetik untersuchte Karl Deisseroth beispielsweise das Angstverhalten von Mäusen, die keiner akuten Bedrohung ausgesetzt waren. Die ursächlichen Schaltkreise entdeckte er in der basomedialen Amygdala. Je nachdem, welche Schaltkreise die Wissenschaftler per Licht aktivierten, verharrte die Maus entweder in einer geschützten Ecke oder wagte sich in den offenen Raum. Das Team wies auch nach, dass Angstverhalten über Top-down-Projektionen reguliert werden kann, die vom medialen präfrontalen Cortex in die basomediale Amygdala ziehen. „Wir waren überrascht, dass wir eine Projektion mit anxiolytischen Effekten fanden“, berichtet Karl Deisseroth. In weiteren Untersuchungen entdeckte der Stanford-Forscher Kerngebiete außerhalb der Amygdala, die eine Rolle für das Angstverhalten spielen.

Neuronale Netzwerk-Therapien für den Menschen?

Können die Erkenntnisse aus dem Tiermodell helfen, Therapien für den Menschen zu entwickeln? „Netzwerk-Therapien, die sich auf optogenetisch gewonnene Erkenntnisse stützen, sind bereits in der Klinik angekommen“, bestätigt Karl Deisseroth und verweist auf eine Studie, die Forscher des Howard Hughes Medical Institutes in Virginia, USA, im Jahr 2013 mit „kokainabhängigen“ Ratten durchgeführt haben. Die Tiere wiesen im Vergleich zu Kontrolltieren eine geringere Aktivität im prälimbischen Cortex auf. Aktivierten die Forscher den prälimbischen Cortex optogenetisch, nahm das Interesse der Tiere an Kokain ab. Inspiriert von diesen Ergebnissen, unterzog ein Team um den italienischen Psychologen Alberto Terraneo 32 kokainabhängige Menschen einer Transkraniellen Magnetstimulation (TMS), die auf den dorsolateralen präfrontalen Cortex zielte. Eine Kontrollgruppe erhielt eine medikamentöse Therapie. Während in der Kontrollgruppe innerhalb eines Monats nur 19 Prozent der Patienten frei von Drogen blieben, waren es in der TMS-Gruppe 69 Prozent. Noch steht eine größere Placebo-kontrollierte Studie aus.

Weitere Erkenntnisse aus der Optogenetik, etwa im Zusammenhang mit einer Tiefen Hirnstimulation, halten ebenfalls Einzug in die klinische Forschung. „Tiefe Hirnstimulation hilft Patienten mit Parkinson. Bei Patienten mit Depression fehlen uns noch eindeutige Hinweise auf einen Erfolg“, erklärt Karl Deisseroth. Er beobachtet die Entwicklungen in der Klinik genau, forciert selbst jedoch keine Patientenstudien. „Wir müssen noch mehr über Grundlagen des Gehirns wissen, bevor wir unsere Erkenntnisse vom Labor in ein Studiendesign für die Klinik überführen können.“

deisseroth 500Der US- Neurowissenschaftler und Psychiater Prof. Dr. Karl Deisseroth gilt als einer der Begründer der Optogenetik. (c) Steve Fish

Interview mit Prof. Karl Deisseroth

Wie kann die Optogenetik helfen, Therapien für neuropsychiatrische Erkrankungen zu entwickeln?

Es sind zunächst einmal Instrumente, um das Gehirn zu verstehen. Optogenetik liefert die neuronalen Auslöser von Verhalten. Kennen wir Kausalität und Verschaltung, können wir jede Art von Therapie besser gestalten. Die Transkranielle Magnetstimulation ist ein Beispiel. Mithilfe der Erkenntnisse aus dem Tiermodell und der Diffusions-Tensor-Bildgebung kann man etwa bei einem Patienten den Ort im Gehirn ausfindig machen, der sich für eine Transkranielle Magnetstimulation eignet.

Was wissen Sie heute über neuropsychiatrische Erkrankungen, was vor 15 Jahren unbekannt war?

Wir verstehen nun, wie Verhalten durch Aktivität in neuronalen Schaltkreisen hervorgerufen wird. Das gilt beispielsweise für Drogenabhängigkeit, depressives Verhalten oder andere psychiatrische Erkrankungen. Das Problem: Wir kennen sie bislang nur im Tier. Inzwischen gibt es aber erste Studien, die mithilfe der Erkenntnisse aus dem Tiermodell Therapien für Patienten testen.

Das klingt sehr reduktionistisch, als entstünden Angst und Abhängigkeit allein in den Nervenzellen.

Optogenetik ist kein Instrument, um komplexe Psychodynamiken zu verstehen. Es ist eine andere Frage, wie es zu diesen Zellaktivitäten gekommen ist. Dabei können Gene, traumatische Erfahrungen oder Drogen eine Rolle spielen. Verstehen wir aber die zugrundeliegenden neuronalen Muster für das Verhalten, können wir aus diesem Wissen heraus besser einordnen, wie die anderen Einflüsse auf das Gehirn einwirken.

Erwarten Sie, dass die Optogenetik auch direkt beim Menschen zum Einsatz kommt?

Ja, ich denke, dass es in den nächsten Jahren die ersten Studien dazu geben wird. Es wird vermutlich noch mehr als 15 Jahre dauern, bis sie als erfolgreiche Therapie etabliert ist. Wir müssen noch eine Menge lernen, bevor wir so weit sind.

Newsletter

Erhalten Sie laufend die aktuellsten Meldungen zu den Kongressen der DGN.

captcha 

Veranstaltungsort

CCL – Congress Center Leipzig
Messe-Allee 1
04356 Leipzig
www.ccl-leipzig.de