Prof. Volker Busskamp, Leiter der Arbeitsgruppe für Degenerative Netzhauterkrankungen an der Augenklinik des UKB und Mitglied im Transdisziplinären Forschungsbereich (TRA) „Life and Health“ der Universität Bonn, arbeitet bereits seit 2006 mit Optogenetik und hat die Entwicklung des Forschungsfeldes über viele Jahre begleitet. „Mit der Optogenetik können wir bestimmte Zelltypen innerhalb von Millisekunden gezielt aktivieren oder hemmen. Dadurch lässt sich nicht nur beobachten, welche Zellen bei einer bestimmten Funktion aktiv sind, sondern direkt untersuchen, welche Rolle sie dabei spielen“, sagt Busskamp.
Lichtempfindliche Proteine als Werkzeug
Bei der Optogenetik werden Zellen gentechnisch so verändert, dass sie lichtempfindliche Proteine, sogenannte Opsine, bilden. Trifft Licht auf diese Proteine, lässt sich die Aktivität der Zellen gezielt verändern. Für die Neurowissenschaften eröffnete das neue Möglichkeiten, neuronale Schaltkreise und ihre Funktionen zu untersuchen.
Busskamp setzte optogenetische Werkzeuge bereits während seiner Diplom- und Doktorarbeit bei Prof. Botond Roska in Basel ein. Dort arbeitete er daran, verbliebene Nervenzellen in einer degenerierten Netzhaut lichtempfindlich zu machen. „Die optogenetischen Werkzeuge haben insbesondere die Neurowissenschaften grundlegend verändert. Die Auszeichnung ist aus meiner Sicht hochverdient“, sagt Busskamp.
Menschliche Netzhautmodelle aus Stammzellen
Heute entwickelt Busskamps Team in Bonn optogenetische Verfahren für die Erforschung degenerativer Netzhauterkrankungen weiter. Dafür testen die Forschenden neue Varianten lichtempfindlicher Proteine auf ihre Funktion und Biokompatibilität in Netzhautzellen, die aus menschlichen Stammzellen gewonnen werden.
Eine wichtige Rolle spielen dabei sogenannte Netzhautorganoide. Diese dreidimensionalen, aus menschlichen Stammzellen erzeugten Modelle bilden Eigenschaften der menschlichen Netzhaut nach. Mithilfe optogenetischer Verfahren kann das Team die Zellen gezielt aktivieren und ihre Funktion untersuchen. „Damit haben wir funktionelle menschliche Systeme geschaffen, mit denen sich biomedizinische Forschung insbesondere in der Augenheilkunde vorantreiben lässt, ohne allein auf Tiermodelle angewiesen zu sein“, sagt Busskamp.
Neue Ansätze zur Wiederherstellung des Sehens
Die Optogenetik bietet auch einen möglichen Ansatz zur Behandlung degenerativer Netzhauterkrankungen. Gehen die natürlichen lichtempfindlichen Photorezeptoren verloren, können andere Nervenzellen der Netzhaut erhalten bleiben. Diese sollen mithilfe optogenetischer Verfahren lichtempfindlich gemacht werden und so einen Teil der Funktion der verlorenen Photorezeptoren übernehmen.
Das Prinzip wurde bereits in ersten klinischen Untersuchungen am Menschen erprobt. Bei einem Patienten mit Retinitis pigmentosa konnte nach einer optogenetischen Behandlung eine teilweise Wiederherstellung visueller Funktionen beobachtet werden. Die klinische Entwicklung befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium.