Forscher bringen mit Licht das Herz ins Stolpern

Foto: Dicker Mann

Anders als bei einer elektronischen
Reizung des Herzens, kommt es beim
Einsatz von Licht zu keinen Nebenwir-
kungen;© panthermedia.net/Markus Gann

Tobias Brügmann und seine Kollegen vom Institut für Physiologie I der Uni Bonn nutzten für ihre Versuche ein sogenanntes „Kanal-Rhodopsin“. Dabei handelt es sich um eine Art Lichtsensor, der in der Zellmembran gleichzeitig als Schleuse für elektrisch geladene Teilchen dienen kann. Bei Bestrahlung mit blauem Licht öffnet sich diese Schleuse, und positiv geladene Ionen strömen in die Zelle. Dadurch verändert sich die Spannung an der Zellmembran, und Herzmuskelzellen können zur Kontraktion angeregt werden.

„Wir haben Mäuse genetisch so verändert, dass sie im Herzmuskel Kanal-Rhodopsin bilden“, erklärt Professor Bernd Fleischmann. „Durch Beleuchtung konnten wir so den elektrischen Zustand im Mäuseherzen nach Wunsch verändern. Auf diese Weise konnten wir beispielsweise gezielt Rhythmusstörungen der Vor- oder Hauptkammern auslösen.“

Normalerweise breiten sich von einem natürlichen Taktgeber elektrische Impulse über das Herz aus. Wenn sich jedoch ganze Muskelbereiche elektrisch entkoppeln, funktioniert das nicht mehr: Bestimmte Herzteile pulsieren plötzlich in ihrem eigenen Takt. Der Blutfluss kommt dadurch nahezu zum Erliegen.

Die Wissenschaftler können diese Entkopplung nun durch Bestrahlung mit blauem Licht auslösen. Dabei können sie sich auf wenige Zellen beschränken oder alternativ größere Bereiche des Herzens steuern. So können sie beispielsweise herausfinden, welche Regionen des Hohlmuskels auf elektrische Störungen besonders sensibel reagieren.

Doch warum reizt man den Herzmuskel nicht über? „Das macht man zwar auch“, sagt Sasse. „Diese Methode hat aber unerwünschte Nebenwirkungen: Wenn der elektrische Reiz länger als wenige Millisekunden andauert, werden toxische Gase produziert, und der pH-Wert verändert sich.“

Die Folgen eines Infarktes, der ja zu dauerhaften Gewebeschädigungen führt, lassen sich durch eine elektrische Kurzzeitreizung natürlich nur äußerst eingeschränkt studieren. Die Lichtstimulation ist dazu viel geeigneter: Die Zellen überstehen auch eine minutenlange Bestrahlung problemlos.

Der Einsatz von Kanal-Rhodopsinen in der medizinischen Forschung ist im Prinzip nicht neu. Sie kommen allerdings bislang vor allem in den Neurowissenschaften zum Einsatz. So können Wissenschaftler mit diesen Licht-Kanälen das Verhalten von Fliegen oder Mäusen steuern.

MEDICA.de; Quelle: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn