Forscher aktivieren und deaktivieren Signalwege in lebenden Zellen mit Lichtimpulsen

Das EU-geförderte Projekt R’BIRTH (Brain Imaging Return to Health) wurde ins Leben gerufen, um die molekularen Mechanismen zu untersuchen, die bei altersbedingten Erkrankungen eine Rolle spielen. Mitglieder des Projektteams berichteten kürzlich in der Fachzeitschrift „Nature Communications“, dass sie bei den Signalwegen der Zellen von Säugetieren mit Lichtblitzen erfolgreich eine Resonanz hervorrufen konnten, was einen wissenschaftlichen Durchbruch bedeutet.

Mit dieser Resonanztechnik konnten die Forscher steuern, wann ein Signalweg – über den Zellen mit ihrer Umgebung interagieren – ein- oder ausgeschaltet wurde. Dies ist ein bemerkenswertes Ergebnis, da sich diese Signalwege auf die Entstehung degenerativer Erkrankungen auswirken. Was diesen Erfolg besonders interessant macht, ist, dass derselbe Ansatz möglicherweise auf jede zelluläre Schaltung angewendet werden kann.

Das Potenzial der Zellsystemresonanz

Wie in „Nature Communications“ berichtet wurde, entwickelten die Mitglieder des R’BIRTH-Projekts optogenetische Inhibitoren, die die Regulatoren von Zellfunktionen – Proteinkinasen wie C-Jun-N-terminale Kinase (JNK) – mit Lichtblitzen steuern können. Die Forscher zeigten, dass die Bestrahlung von JNK im Zytoplasma der Zelle mit hemmenden Lichtblitzen bei einer bestimmten Frequenz auch zu einer Unterdrückung der Genexpression im Zellkern führte, was bis dahin als unmöglich galt.

Nach näherer Untersuchung der Frequenzen könnten diese Erkenntnisse möglicherweise auf verschiedene Signalsysteme angewandt werden, was in Bereichen wie der Krebsbekämpfung zu neuen therapeutischen Fortschritten führen könnte. Andere Inhibitionsfrequenzen könnten sich als hilfreich im Kampf gegen Medikamentenresistenz erweisen, die ein großes Problem darstellt, da die Entwicklung neuer Wirkstoffe Milliarden Euro kostet. Das Forschungsteam verfolgt in diesem Bereich nun aktiv Innovationen.

Ein tieferes Verständnis der molekularen Mechanismen könnte bessere Diagnose- und Behandlungsverfahren eröffnen

R’BIRTH zeichnet sich durch zwei weit gefasste Forschungsziele aus. Erstens sollen neue Targets für Arzneistoffe sowie Reagenzien gefunden werden, welche die Signalwege neurologischer Erkrankungen stören. Zweitens werden Innovationen bei Bildgebungsverfahren angestrebt, um mit Depressionen assoziierte Hirnbedingungen visualisieren zu können. Die Projektforscher kombinieren biologische und medizinische Bildgebungsverfahren mit Verhaltensstudien und Proteomik (der Lehre der Proteine), um die molekularen Mechanismen zu beschreiben, die hinter altersbedingtem neuronalen Abbau und der Neurogenese (der Bildung von Neuronen) stehen. Biotechnologische Verfahren ermöglichen den Forschern die Entwicklung neuer Tools, mit denen neurogene Zellen aus dem gealterten Gehirn isoliert werden können, um Forschungsarbeiten im Frühstadium zu unterstützen und letztendlich die Diagnose und Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen zu verbessern.

Da die Lebenserwartung überall auf der Welt steigt, treten auch häufiger altersbedingte Gesundheitsrisiken auf, darunter kognitive Abnahme, Depression und Angststörungen. Ausgehend von Zahlen aus dem Jahr 2015 sagen die Vereinten Nationen voraus, dass die Anzahl der Über-60-Jährigen bis 2030 weltweit um 56 % steigen wird, was diese Bevölkerungsgruppe auf insgesamt ca. 1,4 Milliarden Menschen anwachsen lassen würde. Bis zum Jahr 2050 soll sich die Anzahl dieser Menschen im Vergleich zu 2015 auf beinahe 2,1 Milliarden verdoppeln, wobei der größte Zuwachs voraussichtlich in den Entwicklungsländern zu verzeichnen sein wird.

Mit dieser Prognose wird eine hohe Belastung der Gesundheitssysteme, aber auch ein großer potenzieller Markt vorausgesagt. Dennoch hält die Arzneistoffentwicklung nicht mit der wachsenden Nachfrage Schritt. Neben den Schwierigkeiten, die mit der Durchführung klinischer Studien verbunden sind, liegt dies darin begründet, dass es an verfolgbaren Forschungsansätzen fehlt – in dieser Hinsicht möchten die R’BIRTH-Forscher Abhilfe schaffen.

Weitere Informationen:
Projektwebsite