Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bonner Forscher bringen mit Licht das Herz ins Stolpern

04.10.2010
Wissenschaftler der Universität Bonn haben Herzmuskelzellen so verändert, dass sie sich durch Licht steuern lassen. In gentechnisch veränderten Mäusen konnten sie so durch gezielte Beleuchtung beispielsweise Herzrhythmusstörungen auslösen. Die Methode eröffnet völlig neue Möglichkeiten, die Entstehung derartiger Arrhythmien zu erforschen. Die Studie erscheint in der kommenden Ausgabe von „Nature Methods“, ist aber bereits ab dem 3. Oktober online abrufbar (doi: 10.1038/nmeth.1512).

Tobias Brügmann und seine Kollegen vom Institut für Physiologie I der Uni Bonn nutzten für ihre Versuche ein so genanntes „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 so zur Kontraktion angeregt werden.

„Wir haben Mäuse genetisch so verändert, dass sie im Herzmuskel Kanal-Rhodopsin bilden“, erklärt Professor Dr. Bernd Fleischmann vom Institut für Physiologie I. „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.“

Derartige Arrhythmien - Mediziner sprechen auch vom Kammerflimmern - sind die häufigste Todesursache nach einem Herzinfarkt. Sie entstehen, wenn massenhaft Zellen im Herzen absterben und durch Bindegewebe ersetzt werden. „Dieses Narbengewebe hat andere elektrische Eigenschaften als der gesunde Herzmuskel“, sagt der Leiter der Studie Professor Dr. Philipp Sasse. „Und dadurch kommt das Herz ins Stolpern.“

Doch warum ist das so? Normalerweise breiten sich von einem natürlichen Taktgeber elektrische Impulse über das Herz aus. Das geschieht zeitlich und räumlich streng koordiniert, so dass es zu einer genau abgestimmten Kontraktion kommt. 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 Bonner 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 einfach über Elektroden und bringt ihn so aus dem Takt? „Das macht man zwar auch“, sagt Professor 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 - allein durch Bestrahlung mit Blaulicht.

Kontakt:
Juniorprofessor Dr. Philipp Sasse
Institut für Physiologie I
Life&Brain-Zentrum der Universität Bonn
Telefon: 0228/6885-212
E-Mail: philipp.sasse@uni-bonn.de
Professor Dr. Bernd K. Fleischmann
Institut für Physiologie I
Life&Brain-Zentrum der Universität Bonn
Telefon: 0228/6885-200
E-Mail: bernd.fleischmann@uni-bonn.de

Frank Luerweg | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Neuer Ansatz: Nierenschädigungen therapieren, bevor Symptome auftreten
20.09.2017 | Universitätsklinikum Regensburg (UKR)

nachricht Neuer Ansatz zur Therapie der diabetischen Nephropathie
19.09.2017 | Universitätsklinikum Magdeburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

23. Baltic Sea Forum am 11. und 12. Oktober nimmt Wirtschaftspartner Finnland in den Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

6. Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Zeichen von Smart Home

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

OLED auf hauchdünnem Edelstahl

21.09.2017 | Messenachrichten

Weniger (Flug-)Lärm dank Mathematik

21.09.2017 | Physik Astronomie

In Zeiten des Klimawandels: Was die Farbe eines Sees über seinen Zustand verrät

21.09.2017 | Geowissenschaften