Revolutionäre Methode zur nicht-invasiven Gehirnstimulation entwickelt
Forscher der Universität Rochester haben eine bahnbrechende Technik namens biolumineszente Optogenetik (BL-OG) entwickelt, die eine nicht-invasive Aktivierung von Neuronen im Gehirn ermöglicht. Diese neue Methode könnte die Behandlung neurologischer Erkrankungen wie Parkinson grundlegend verändern.
Die Studie, die in der Fachzeitschrift NeuroImage veröffentlicht wurde, zeigt, dass BL-OG eine präzise Kontrolle der Gehirnaktivität ohne chirurgische Eingriffe ermöglicht. Dies stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber herkömmlichen invasiven Verfahren wie der tiefen Hirnstimulation dar.
„BL-OG ist eine ideale Methode, um neuronale Schaltkreise im Gehirn nicht-invasiv zu untersuchen“, erklärt Emily Murphy, Erstautorin der Studie. „Es gibt noch so viel über die Struktur und Funktion verschiedener Hirnareale und Neuronentypen zu lernen, was uns helfen wird, die Funktionsweise gesunder Gehirne besser zu verstehen.“
Die Technik kombiniert zwei etablierte Methoden:
1. Optogenetik: Verwendet Licht zur Aktivierung oder Deaktivierung von Zellen im Gehirn
2. Biolumineszenz: Die chemische Reaktion, die Glühwürmchen zum Leuchten bringt
Der Schlüssel zur Aktivierung liegt in der Verwendung von Luciferin, einer organischen Substanz, die bei Kombination mit Biolumineszenz Licht erzeugt. Dieses Licht aktiviert dann die optogenetischen Elemente und moduliert die zelluläre Reaktion im Gehirn – ohne dass ein Schnitt nötig ist.
In Tierversuchen injizierten die Forscher Luciferin in eine Vene im Schwanz von Mäusen, um gezielt Zellen in bestimmten Hirnregionen zu aktivieren. Sie stellten fest, dass die BL-OG-Effekte schnell eintraten und durch Anpassung der Luciferin-Dosis präzise gesteuert werden konnten.
„Der Vorteil dieser Technik ist, dass wir eine Gehirnaktivierung ohne Kabel erzeugen können. Es besteht ein geringeres Risiko für Infektionen und andere Komplikationen, da es sich um eine nicht-invasive Methode handelt“, erläutert Manuel Gomez-Ramirez, leitender Autor der Studie.
Die Forscher konnten auch die neuromodulatorischen Effekte von BL-OG durch die biolumineszente Aktivität verfolgen. Dies könnte in Zukunft wertvolle Einblicke in die Funktionsweise des Gehirns liefern.
Die Ergebnisse dieser Studie ebnen den Weg für eine Standardisierung der BL-OG-Technik sowohl in der Forschung als auch möglicherweise in der klinischen Anwendung. Die Möglichkeit, die gewünschten Effekte präzise zu steuern, macht BL-OG zu einer vielversprechenden Option für die Behandlung verschiedener neurologischer Erkrankungen.
Zukünftige Forschungen werden sich darauf konzentrieren, die Methode weiter zu verfeinern und ihre Anwendbarkeit beim Menschen zu untersuchen. Wenn sich die Ergebnisse bestätigen, könnte BL-OG eine sicherere und effektivere Alternative zu bestehenden Therapien darstellen und die Lebensqualität vieler Patienten mit neurologischen Erkrankungen deutlich verbessern.
Diese bahnbrechende Forschung wurde von der Alfred P. Sloan Foundation unterstützt und unterstreicht das Potenzial innovativer neurotechnologischer Ansätze in der modernen Medizin.
Quelle
Strength of Activation and Temporal Dynamics of BioLuminescent-Optogenetics in Response to Systemic Injections of the Luciferin
Emily F. Murphy , Aniya Means , Chen Li , Hector Baez ,
Manuel Gomez-Ramirez
PII: S1053-8119(24)00379-3
DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2024.120882