Biologische Funktionen lassen sich mit Licht steuern. Mit diesem Mechanismus wollen die Teilnehmer des Innovationsforums Optogenetik – Technologien und Potenziale (INOTEP), das am 28. und 29. November 2017 in Hannover stattfand, weitreichende Fortschritte in der Medizin und weiteren Disziplinen erzielen. Die Forscher sind auf dem besten Weg, geschädigte Sehnerven mittels Optogenetik nachhaltig zu reaktivieren. Auch Muskeln lassen sich mit optischen Impulsen schon heute gezielt stimulieren. Welche zukünftigen Anwendungen, Produkte und Dienstleistungen sind noch denkbar? Beispiele von konkreten Ansätzen lieferten Sprecher aus ganz Deutschland und gaben den 70 Teilnehmern Impulse für die Generierung gänzlich neuer Ideen und Ansätze.
„Niedersachsen hat in der Optogenetik bereits herausragende Forschungsergebnisse vorzuweisen. Für die Landesregierung hat dieses Forschungsgebiet hohe Priorität“, konstatierte zum Auftakt Dr. Berend Lindner, Staatsekretär im Niedersächsischen Ministerium für Wirtschaft, Arbeit, Verkehr und Digitalisierung. Barbara Reddig vom Projektträger Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) dankte dem Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) als Initiator des Forums: „Das ist Wissenstransfer auf höchstem Niveau, der das Profil der Region Hannover stärkt.“
Das noch junge Forschungsfeld der Optogenetik bietet zahlreiche vielversprechende Behandlungsansätze auf der Basis von Optik und Genetik. Neben dem fachlichen Austausch fungierte das Innovationsforum als Plattform zur Gründung einer nachhaltigen Technologieallianz, die auch Akteure aus Biologie, Medizin und angrenzenden Disziplinen einschließt.
Wieder sehen dank Optogenetik
Bundesweit sind etwa 40.000 Menschen von Retinitis pigmentosa (RP) betroffen, einer degenerativen Netzhauterkrankung, bei der die Photorezeptoren im Auge irreversibel zerstört werden. Kombiniert mit speziellen Sehhilfen könnte die Optogenetik in Zukunft Abhilfe schaffen: Unter die Netzhaut injizierte Adeno-Assoziative-Viren (AAV) reaktivieren humane Photorezeptoren, wodurch lichtinduzierte Ströme wieder möglich sind. Trägt der Patient dazu eine biomimetische Sehhilfe, verstärkt diese das Licht, so dass die Signale über die Netzhaut ins Gehirn übertragen werden.
Tremor bei Parkinson lindern
Im Zusammenspiel mit bildgebenden Verfahren lässt sich mittels Optogenetik sogar ein funktionelles Mapping neuronaler Netzwerke erstellen und visualisieren. Nervensysteme können so weiter erforscht werden. Erste Erkenntnisse zur tiefen Hirnstimulation mit optogenetischen Methoden könnten zukünftig helfen, den Tremor bei Parkinsonpatienten zu lindern.
Die optogenetische Muskelpumpe
Herz- oder Kehlkopfschrittmacher, die mit elektrischen Impulsen stimulieren, sind für die Patienten unter anderem aufgrund der hohen Signalstärke und der möglichen Gewebeschädigung belastend. Lichtimpulse hingegen sind nicht invasiv und selektiv einsetzbar. Treffen diese auf lichtempfindliche Proteine, können sie Muskelkontraktionen auslösen.
Künstliches Muskelgewebe lässt sich schon heute im Labor züchten. Bald wollen die Forscher dieses in das humane Herz implantieren, um nach einem Infarkt das geschädigte Gewebe zu ersetzen. Die Züchtung kompletter Organe ist noch nicht in Sicht, wohl aber Teile von Organen. Die Kontraktion und Frequenz solch künstlicher Muskeln lässt sich durch die Injektion von Kanalrhodopsinen und mit optischen Impulsen steuern.
Fragestellungen an Wirtschaft und Wissenschaft
„Will man diese therapeutischen Ansätze in die klinische Anwendung übertragen, bedarf es nicht nur neuer medizinischer Geräte, sondern auch weiterer Forschung“, erklärt der Sprecher des Forums, Professor Alexander Heisterkamp, Mitglied des Wissenschaftlichen Direktoriums des LZH. Hierzu gehören neuartige implantierbare Lichtquellen, die große Gewebeareale ausreichend beleuchten können. Zu klären ist auch, ob Immunreaktionen stattfinden und wie man diese und andere Nebeneffekte verhindern kann. Weitere lichtsensitive Proteine und deren Funktionen sind zu erforschen und die Kontraktionskräfte von künstlichem Muskelgewebe zu steigern. Außerdem will man herausfinden, wie sich spezifische Zellen im Gehirn gezielt aktivieren lassen.
Design Thinking: Innovationen aus Kundensicht entwickeln
Neben den Fachvorträgen inspirierten die Organisatoren vom LZH die Teilnehmer mit neuen Methoden der Innovationsfindung in Workshops und Speedmeetings. So entstand zum Beispiel die Idee für ein Startup, dessen Geschäftsmodell auf selbstregulierender optogenetischer Insulinproduktion basiert.
Begleitet wurde das Innovationsforum Optogenetik von einer Industrieausstellung. Auf www.inotep.de können sich die Teilnehmer und andere Interessierte über die Veranstaltungsergebnisse informieren und miteinander vernetzen.
Das Innovationsforum Optogenetik wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Innovationsforen Mittelstand unterstützt. Ziel des Programms ist es, kleine und mittlere Unternehmen (KMU) bei der Entwicklung zukunftsweisender Produkte und Dienstleistungen zu unterstützen.
Zu der Pressemitteilung gibt es fünf Abbildungen und ein Video der Landeshauptstadt Hannover zum Thema Optogenetik.
