Ionenkanal in Nervenzellen

Genmanipulierte Fliege mit Nanopartikeln ferngesteuert

Robert Klatt

Auf den Punkt gebracht
  • Eine neue Methode magnetischem Stimulation ermöglicht es Neuronen einer Fruchtfliege gezielt zu aktivieren
  • Den Insekten wurde dazu Nanopartikel in Ionenkanäle des Nervensystems implantiert, die per Magnet erhitzt werden können
  • In Zukunft soll die Technik die Basis für Anwendungen in der Medizin bilden und es etwa blinden Menschen ihren Sehsinn zurückgeben 

Die Neuronen einer genmanipulierten Fliege können über implantierte Nanopartikel ferngesteuert werden. Langfristig soll die magnetische Stimulation in der Medizin eingesetzt werden, um etwa blinden Menschen das Sehen zu ermöglichen.

Houston (U.S.A.). Ein Team aus Neurowissenschaftlern der Brown University und des Baylor College of Medicine um Jacob Robinson von Rice University haben eine drahtlose Technik entwickelt, mit der sie Neuronen von Fruchtfliegen nahezu in Echtzeit gezielt aktivieren können. Das dabei erlangte Wissen könnte in Zukunft als Basis für verschiedene Anwendungen in der Medizin dienen.

„Die Wissenschaft sucht für die Erforschung des Gehirns oder die Behandlung neurologischer Erkrankungen nach Instrumenten, die sowohl unglaublich präzise als auch minimalinvasiv sind. Die Fernsteuerung ausgewählter neuronaler Schaltkreise mit Magnetfeldern ist so etwas wie ein heiliger Gral für die Neurotechnologie. Unsere Arbeit ist ein wichtiger Schritt in diese Richtung, denn sie erhöht die Geschwindigkeit der magnetischen Fernsteuerung und nähert sie damit der natürlichen Geschwindigkeit des Gehirns an“, erklärt Robinson.

Neuronen per Ionenkanal aktiviert

Laut Robinson kann die neue Technologie Neuronen etwa 50-mal schneller aktivieren als die zuvor verwendeten Technologien zur magnetischen Stimulation. „Wir haben Fortschritte gemacht, weil der Hauptautor, Charles Sebesta, die Idee hatte, einen neuen Ionenkanal zu verwenden, der empfindlich auf die Geschwindigkeit der Temperaturänderung reagiert. Indem wir Experten für Gentechnik, Nanotechnologie und Elektrotechnik zusammenbrachten, konnten wir alle Teile zusammenfügen und beweisen, dass diese Idee funktioniert. Dies war wirklich eine Teamleistung von Wissenschaftlern von Weltrang, mit denen wir das Glück hatten, zusammenzuarbeiten“, so Robinson.

Nanopartikel in Fruchtfliegen injiziert

In ihrer Publikation im Fachmagazin Nature Materials erklären die Forscher, dass sie einen speziellen Ionenkanal im Nervensystem der Fruchtfliegen per Gentechnik exprimieret haben, der per Hitze aktiviert werden kann. Um den Kanal „fernsteuern“ zu können, haben die Forscher den Fliegen Nanopartikel eingepflanzt, die im Körper der Insekten über ein Magnetfeld erhitzt werden können.

Anschließend setzten sie die gentechnisch veränderten Tiere in eine Schale, über der eine Kamera und ein Elektromagnet positioniert waren. Sie konnten so die Bewegungen der Fliegen und die Reaktionen auf das Magnetfeld detailliert dokumentieren.

Entwicklung von Gehirnkommunikationstechnologien

„Das langfristige Ziel dieser Arbeit ist es, Methoden zu entwickeln, mit denen bestimmte Hirnregionen beim Menschen zu therapeutischen Zwecken aktiviert werden können, ohne dass ein chirurgischer Eingriff erforderlich ist“, erklärt Robinson. In Zukunft könnte diese Technik zum Beispiel blinden Menschen durch die gezielte Stimulierung entsprechender Regionen des Gehirns ihr Sehvermögen wiedergeben.

„Um die natürliche Präzision des Gehirns zu erreichen, müssen wir wahrscheinlich eine Reaktion im Bereich von einigen Hundertstelsekunden erreichen. Es liegt also noch ein weiter Weg vor uns“, so Robinson.

Nature Materials, doi: 10.1038/s41563-022-01281-7

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