Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Photopharmakologie - Lichtschalter gegen Schmerz und Blindheit

21.02.2014
Von LMU-Wissenschaftlern entwickelte molekulare optische Schalter können Nervenzellen gezielt beeinflussen. Dies eröffnet der Medizin auf vielen Gebieten neue Chancen – etwa in der Schmerztherapie oder auch bei bestimmten Sehstörungen.

Alle Sinneseindrücke beruhen auf der Kommunikation zwischen Nervenzellen. Bei der Signalübertragung von Zelle zu Zelle spielen in die Zellwand eingebaute Neurorezeptoren eine entscheidende Rolle.

Diese zellulären Kommunikationsschnittstellen über Licht steuerbar zu machen und so künstlich zu beeinflussen, ist das Ziel von Dirk Trauner, Professor für Chemische Biologie und Genetik an der LMU.

„Wir kombinieren dabei synthetische molekulare Schalter, die auf Licht reagieren, mit natürlichen Rezeptoren“, sagt Trauner. „Diese hybriden Fotorezeptoren machen dann die entsprechenden Nervenzellen für Licht ansprechbar – langfristig wollen wir so neue Behandlungsmöglichkeiten bei Fehlfunktionen des Nervensystems etablieren“. Gleich zwei neue Studien berichten nun über wichtige Fortschritte auf diesem Weg, und zwar bei Sehstörungen und beim Schmerzsinn.

Synthetisches Opioid gegen den Schmerz

Um Schmerzen zu unterdrücken, sind schon seit Jahrtausenden Substanzen mit morphinartigen Eigenschaften, sogenannte Opioide, in Gebrauch. Auch körpereigene „Schmerzmittel“ wie Endorphine gehören zu dieser Substanzgruppe. Trauner und seinem Team ist es nun gelungen, die Schlüsselschalter der Schmerzwahrnehmung – die Opioidrezeptoren – durch Licht steuerbar zu machen, indem sie das synthetische Opioid Fentanyl chemisch modifizierten.

Fentanyl wird von Medizinern als Narkose- oder als extrem starkes Schmerzmittel benutzt. Dockt das modifizierte Fentanyl an einen Opiodrezeptor an, kann diese ursprünglich blinde molekulare Maschine durch Lichtreize gezielt aktiviert oder deaktiviert werden, wie die Wissenschaftler im Journal Angewandte Chemie berichten.

Das Geheimnis aller optischen Schalter liegt in ihrer besonderen Struktur: Die synthetischen Schalter aus Trauners Labor enthalten eine charakteristische chemische Doppelbindung, an der sich das Molekül abhängig von der Wellenlänge des Lichts strecken oder abknicken kann. „Licht ist sehr genau kontrollierbar, sodass wir die Zellen ganz gezielt ansprechen können. Außerdem ist die Reaktion reversibel“, erläutert Trauner die Vorteile der Methode.

„Dieser Erfolg ist besonders spannend, weil Opioidrezeptoren zur großen Familie der sogenannten G-Protein-gekoppelten Transmembranrezeptoren (GPCRs) gehören, die einen Großteil der pharmazeutischen Zielmoleküle ausmachen“, sagt Matthias Schönberger, der Erstautor der Studie. „Die Möglichkeit einen Opioidrezeptor mit Licht zu steuern, wird nun neue Einblicke in diese ausgesprochen wichtige Rezeptorklasse liefern und stellt eine Chance für neuartige Schmerztherapien dar.“

Überbrückung für defekte Sehzellen

Auch die Sehpigmente in den Zapfen und Stäbchen der Netzhaut gehören zu den GPCR und sind die einzigen Vertreter dieser Familie, die von Natur aus auf Licht reagieren. Sind die Fotorezeptoren im Auge defekt, kann der Lichtreiz nicht aufgenommen werden – die Folge sind Sehstörungen und bestimmte Formen erblicher Blindheit. Wissenschaftler der US-amerikanischen Universität Berkeley und Dirk Trauner konnten nun erstmals defekte Fotorezeptoren mithilfe eines synthetischen Schalter quasi kurzschließen und die – immer noch funktionsfähigen – Nervenzellen, die den Fotorezeptoren nachgeschaltet sind, direkt lichtsensitiv machen.

„Wir konnten bereits vor einiger Zeit zeigen, dass das sogenannte AAQ-Molekül Nervenzellen lichtsensitiv macht, indem es Ionenkanäle in den Nervenzellen beeinflusst“, sagt Trauner. Ihm gelang es nun, eine verbesserte Variante des AAQ-Schalters herzustellen. Die Wissenschaftler in Berkeley konnten mit diesem DENAQ genannten Molekül im Mausmodell nachweisen, dass es eine blinde Retina tatsächlich wieder für Licht empfänglich machen kann, wie die Forscher im Journal Neuron berichten. „DENAQ ist klinisch wesentlich relevanter als AAQ, weil es spezifisch bestimmte Ionenkanäle beeinflusst, die bei der Weiterleitung von Lichtreizen im Auge eine wichtige Rolle spielen“, sagt Trauner. Zudem reagiert es anders als AAQ auf Wellenlängen des Lichts, die gewöhnlichem Tageslicht entsprechen. „Möglicherweise kann dieser Ansatz in der Zukunft helfen, bei bestimmten Formen der Blindheit das Augenlicht wieder herzustellen.“

„Grundsätzlich sind noch viele weitere Anwendungen für Photopharmakologe denkbar“, sagt Trauner. „GPCRs etwa sind auch Ziele von Neurotransmittern, die mit Erkrankungen des zentralen Nervensystems in Zusammenhang stehen, daher könnten die Schalter auch für zukünftige Anwendungen etwa bei Depressionen oder Epilepsie interessant sein. Darüber hinaus könnte man die unübertroffene zeitliche und räumliche Präzision von Licht dazu ausnützen, etwa Zytostatika, Analgetika, oder Antidiabetika nur dort zu aktivieren, wo sie Ihre Wirkung entfalten sollen.“

göd

A Photochromic Agonist for m-Opioid Receptors
Matthias Schönberger and Dirk Trauner
Angewandte Chemie 2014
DOI: 10.1002/anie.201309633
Restoring Visual Function to Blind Mice with a Photoswitch that Exploits Electrophysiological Remodeling of Retinal Ganglion Cells
Ivan Tochitsky, Aleksandra Polosukhina, Vadim E. Degtyar, Nicholas Gallerani, Caleb M. Smith, Aaron Friedman, Russell N. Van Gelder, Dirk Trauner, Daniela Kaufer, and Richard H. Kramer
Neuron 2014
http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2014.01.003
Kontakt:
Prof. Dr. Dirk Trauner
Department Chemie
Phone: +49 89 2180-77800
Fax: +49 89 2180-77972
dirk.trauner@lmu.de
http://www.cup.uni-muenchen.de/oc/trauner/

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.lmu.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
22.06.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Neue Phänomene im magnetischen Nanokosmos
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics