Magnetogenetik: Nervenzellen die Richtung vorgeben

Interview mit Prof. Jacob Piehler, Universität Osnabrück

Könnte man Zellen im Gehirn dazu anregen in eine bestimmte Richtung zu wachsen, würde man bei Parkinsonpatienten vermutlich eine deutliche Verbesserung ihres Gesundheitszustandes erreichen. Aus diesem Grund beschäftigt sich das Projekt MAGNEURON mit diesem Ansatz. Gefördert wird das Projekt von der EU mit rund 3,5 Millionen Euro. Auch der Biophysiker Prof. Jacob Piehler von der Universität Osnabrück forscht in diesem Bereich. MEDICA.de hat nachgefragt wo das Projekt derzeit steht.

01.12.2015

Foto: Prof. Jacob Piehler

Jacob Piehler; © Siegfried Engelbrecht-Vandré/Universität Osnabrück

Herr Prof. Piehler, beschreiben Sie bitte kurz das Ziel des Projektes MAGNEURON.

Jacob Piehler: Das Ziel des Projektes ist es, eine neue Technik zu entwickeln, mit deren Hilfe man neuronale Stammzellen in eine bestimmte Richtung wachsen und differenzieren lassen kann. Dafür entwickeln wir magnetische Nanopartikel, die wir so funktionalisieren, dass sie ganz bestimmte Signalwege in den Zellen aktivieren, die für diese Differenzierungs- und Wachstumsprozesse verantwortlich sind.

Insgesamt vier Institute sind an dem Projekt beteiligt. Was ist Ihre Aufgabe?

Piehler: Wir in der Biophysik sind daran beteiligt die grundlegende Methodik zu entwickeln und insbesondere auf diesen Nanopartikeln funktionale Signaltransduktionsplattformen aufzubauen, die in der Lage sind, bestimmte Signale in der Zelle weiterzuleiten.

Wie werden die Nanopartikel funktionalisiert?

Piehler: Wir immobilisieren auf diesen Nanopartikeln entweder Fängermoleküle, die dann die entsprechenden Effektorproteine aus der Zielzelle herausfischen oder wir immobilisieren rekombinant hergestellte Effektorproteine direkt auf diesen Nanopartikeln. Das sind in erster Linie Proteine, die Signalwege von neurotrophen Faktoren kontrollieren, z.B. das kleine G-Protein H-Ras oder dessen Effektorproteine.

Wie weit sind Sie bereits vorangekommen?

Piehler: Wir stehen bei diesem Projekt noch ziemlich am Anfang. Vor zwei Jahren konnten wir in einer Publikation zeigen, dass wir G-proteinbasierte Signaltransduktion mithilfe magnetischer Manipulation in der Zelle induzieren können. Wir nennen diese Methode, in Anlehnung an die Optogenetik, Magnetogenetik.

Wie werden Patienten, die zum Beispiel an Morbus Parkinson erkrankt sind, von der Entwicklung profitieren?

Piehler: Man weiß, dass bei Parkinson grundsätzlich eine Stammzellentherapie möglich sein würde, wenn man entsprechende Stammzellen, dazu bewegen könnte, Axone in die richtige Richtung auszubilden. Es gab Versuche bei Primaten, die Erfolge zeigten. Das waren jedoch eher zufällige positive Ergebnisse, da man eben noch nicht in der Lage ist differenzierenden Nervenzellen die Richtung vorzugeben. Hier setzen wir mit der magnetogenetischen Manipulation an, um die „richtige Richtung“ zu finden.

Wie würde die Therapie aussehen?

Piehler: Wir würden zunächst reprogrammierte Stammzellen des Patienten mit funktionalisierten Nanopartikeln beladen. Diese würden dann ins Striatum eingesetzt werden. Das ist medizinisch bereits machbar. Die eigentliche medizintechnische Herausforderung ist es, ein Magnetfeld anzulegen, mit dem man die Partikel ferngesteuert im Striatum kontrollieren kann.

Was sind die nächsten Schritte, die Sie gehen müssen?

Piehler: Zunächst wollen wir die grundsätzliche Machbarkeit der Methode in neuronaler Zellkultur zeigen. Dann wollen wir überprüfen, wie wir die Nanopartikel am effizientesten in die Stammzellen einbringen können. Darüber hinaus müssen wir kontrollieren, dass die Nanopartikel in den Stammzellen über mehrere Tage funktional bleiben. Und eine sehr wichtige Frage: Können wir tatsächlich über Magnetfelder Nanopartikel im Gehirn steuern? Können wir Feldgradienten erzeugen, die stark genug sind, um bis ins Striatum zu reichen? Es gibt noch einige technische Herausforderung zu meistern.
Foto: Simone Ernst; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview führte Simone Ernst.
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