Neurowissenschaften Lichtreize steuern und messen die Aktivität von Nervenzellen

Mit einem Implantat auf Polymerbasis wollen Neurowissenschaftler die Geheimnisse des menschlichen Gehirns weiter entschlüsseln. Dazu soll ein Laser einzelne Nervenzellen steuern.

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Nervenzellen gezielt ein- und ausschalten: Diese Fähigkeit wünschen sich viele Neurowissenschaftlerinnen und Neurowissenschaftler, um besser zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert. Um genau das zu erreichen, haben Wissenschafter ein Implantat auf Polymerbasis entwickelt, das erstmals punktgenau Nervenzellen im Gehirn genetisch verändern, mit Lichtreizen steuern und gleichzeitig die Aktivität der Zellen messen kann.

Dass die Forscher Nervenzellen mit Licht verschiedener Wellenlängen in ihrer Aktivität hemmen und erregen können, ist einer neuartigen gentechnischen Methode zu verdanken. In der Optogenetik werden Gene aus bestimmten Algen in die Erbinformation eines anderen Lebewesens, beispielsweise einer Maus, eingeschleust.

Die Gene erzeugen lichtgesteuerte Poren für geladene Teilchen in der Zellmembran. Diese zusätzlichen Durchlässe erlauben es, die elektrische Aktivität der Zellen zu steuern. Doch erst das neue Implantat aus Freiburg und Basel macht dieses Prinzip für Neurowissenschaftler anwendbar.

Die Wissenschaftler haben das Gerät, weniger als ein Viertelmillimeter breit und etwa ein Zehntelmillimeter hoch, auf Polymerbasis entwickelt – aus speziellen Kunststoffen, deren Verträglichkeit für den Kontakt mit dem Gehirn belegt ist. Und im Gegensatz zu bisher entwickelten Sonden kann es am selben Ort für die genetische Veränderung nötige Substanzen einspritzen, Licht zur Steuerung der Zellen abgeben und den Effekt an mehreren elektrischen Kontakten messen. Neben der Serienfertigung strebt das Team nun eine zweite Version an, bei der sich der Flüssigkeitskanal für die gentechnischen Substanzen später auflöst und das Implantat dadurch noch kleiner wird.

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