Wenn das Herz rast oder der Darm rebelliert, laufen im Körper komplexe Prozesse ab. Forschende der Universität Leipzig und der TU Dresden können solche Vorgänge jetzt mit Licht steuern. Sie haben winzige Schalter entwickelt, die biologische Funktionen per Lichtimpuls an- und ausschalten.
Die Wissenschaftler nutzen dabei einen raffinierten Trick. Sie verbinden Wirkstoffe mit einem Lichtschalter. Violettes Licht öffnet bestimmte Durchlässe in den Zellen, blaues Licht schließt sie wieder. Diese Durchlässe heißen Ionenkanäle. „Mit dieser neuen Methode können wir Funktionen von Zellen und Organen sehr genau steuern", erklärt Prof. Dr. Michael Schaefer. Er leitet das Rudolf-Boehm-Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Leipzig.
Wie ein Lichtdimmer für Körperfunktionen
Ionenkanäle funktionieren wie Tore in der Zellwand. Sie regeln, welche Mineralstoffe in die Zelle hinein oder hinaus gelangen. Natrium, Kalium und Calcium zum Beispiel. Diese Tore öffnen und schließen sich normalerweise durch elektrische Signale oder Botenstoffe. Die Leipziger Forscher untersuchen zwei solcher Kanäle mit den Namen TRPC4 und TRPC5. Sie sind wichtig für Gehirn, Nebenniere und Verdauung.
Das Besondere an den neuen Molekülen: Sie wirken wie ein Dimmer für Licht. Je nach Lichtfarbe fällt die Wirkung stärker oder schwächer aus. Violettes Licht aktiviert die Ionenkanäle, blaues Licht hemmt sie wieder. Die Forschenden haben die Methode bereits getestet. Sie konnten Nervenzellen im Gehirn durch Licht aktivieren. Die Ausschüttung des Stresshormons Adrenalin aus der Nebenniere ließ sich per Lichtimpuls steuern. Sogar die Bewegungen des Dünndarms reagierten auf die Lichtreize.
Wo genau die Schalter andocken
Gemeinsam mit Kollegen aus Leeds und vom Max-Planck-Institut in Dortmund fanden die Leipziger heraus, wo genau die Lichtschalter an den Kanälen andocken. Mit einem speziellen Mikroskop machten sie die Bindungsstellen sichtbar. Versuche mit Mäusen zeigten: Die Schalter wirken sehr präzise. Sie beeinflussen nur die gewünschten Kanäle und nichts anderes.
Prof. Dr. Oliver Thorn-Seshold von der TU Dresden leitet das Projekt gemeinsam mit Schaefer. Derzeit untersuchen die Teams weitere Organe, in denen die beiden Ionenkanäle aktiv sind. Außerdem entwickeln sie neue Varianten, die mit längerwelligerem Licht funktionieren. Rotes Licht dringt tiefer ins Gewebe ein als violettes oder blaues. Die lichtgesteuerten Schalter könnten künftig helfen, Körperfunktionen besser zu verstehen und neue Therapien zu entwickeln.
