Nahinfrarot-Stimulation: Neuer Ansatz zur Therapie bislang unheilbarer Netzhautdegenerationen

Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, einen neuen therapeutischen Ansatz zu entwickeln, um die Lichtempfindlichkeit degenerierter Netzhaut wiederherzustellen.

Die Photorezeptoren in der Netzhaut unserer Augen sind verantwortlich für das Einfangen des Lichts aus unserer Umgebung. Erkrankte Photorezeptoren aber verlieren ihre Empfindlichkeit gegenüber dem Licht, welches zu einer Beeinträchtigung des Sehvermögens führen kann. Im Rahmen einer internationalen Kooperation haben Wissenschaftler vom Institut für Molekulare und Klinische Ophthalmologie Basel (IOB) und vom Deutschen Primatenzentrum (DPZ) – Leibniz-Institut für Primatenforschung in Göttingen einen völlig neuen Therapieansatz entwickelt, der auf einer Gentherapie beruht. Es ist ihnen gelungen, die degenerierten Photorezeptoren durch Nahinfrarotlicht zu aktivieren und damit den Sehverlust umzukehren, die Lichtempfindlichkeit der degenerierten Netzhaut demnach wiederhergestellt. Details wurden im Wissenschaftsmagazin „Science“ publiziert.

Vorbilder sind Schlangen und Fledermäuse

Die Experten haben sich bei ihrer Arbeit von Fledermäusen und Schlangen inspirieren lassen, die das vom Körper ihrer Beutetiere ausgesandte Nahinfrarotlicht wahrnehmen können. Dies geschieht durch den Einsatz wärmeempfindlicher Ionenkanäle, die die Wärme des Nahinfrarotlichts empfangen können, wodurch die Tiere thermische und visuelle Bilder im Gehirn wahrnehmen und so präziser auf ihre Umgebung reagieren.

Entwicklung eines Drei-Komponenten-Systems

Um die Photorezeptoren für das Nahinfrarotlicht zu sensibilisieren, haben die Forscher ein Drei-Komponenten-System entwickelt:

• eine genetisch konstruierte DNA, die dafür sorgt, dass das für den wärmeempfindlichen Kanal kodierende Gen nur in den Photorezeptoren in Erscheinung tritt;
• ein sogenanntes Gold-Nanorod, ein Partikel, der das Nahinfrarotlicht aufnimmt;
• ein Antikörper, der für eine starke Bindung zwischen dem wärmeempfindlichen Kanal in den Photorezeptoren und den Gold-Nanorods sorgt.

Test an Augen von Mäusen

Getestet wurde das System zunächst an gentechnisch veränderten Mäusen, die mit vier Wochen eine Netzhautdegeneration entwickeln. Die Forscher konnten bestätigen, dass das Nahinfrarotlicht effektiv die Photorezeptoren anregt und dieses Signal an Ganglienzellen der Netzhaut weitergeleitet wird, welche die Verbindung der Netzhaut mit den höheren Sehzentren im Gehirn darstellen. Auch zeigten sie, dass die Stimulation des Mausauges mit dem Nahinfrarotlicht auch von Neuronen in einem für das bewusste Sehen wichtigen Hirnareal, dem primären visuellen Kortex, aufgenommen wird. Anhand eines speziell entwickelten Verhaltenstests konnten die Wissenschaftler zeigen, dass blinde Mäuse, die mit dem Drei-Komponenten-System behandelt wurden, eine einfache Aufgabe mit Nahinfrarot-Stimulation ausführen konnten - unbehandelte, blinde Mäuse nach einer Stimulation mit Nahinfrarotlicht alleine waren dazu nicht in der Lage.

Test an menschlichen Netzhäuten

In Kooperation mit der Semmelweis-Universität in Ungarn konnten die Forscher ihren neuen Ansatz an "erblindeten" menschlichen Netzhäuten testen, die in Kulturmedium am Leben gehalten werden konnten. Die Ergebnisse zeigen, dass nach der Behandlung mit der Drei-Komponenten-Gentherapie-Methode die Sehschaltungen der menschlichen Netzhaut durch die Nahinfrarotlicht-Exposition reaktiviert werden konnten.

Daniel Hiller vom DPZ sagt: „Wir gehen davon aus, dass die Nahinfrarot-Stimulation ein wichtiger Schritt ist, um blinden Menschen wieder das Sehen zu ermöglichen und die Fähigkeit wiederzuerlangen, Gesichter zu erkennen. Mit diesen Erkenntnissen wollen wir blinden Menschen Hoffnung geben und werden unsere Forschungsaktivitäten in diesem Bereich hier am DPZ im Rahmen unseres Hauptprojektes, das auf die Wiederherstellung des Sehvermögens fokussiert, in Zukunft weiter intensivieren.”

Quellen: Ophthalmologische Nachrichten vom 16.6.20; medical text online; Pressemitteilung Deutsches Primatenzentrum DPZ; Medizin Aspekte; Science Abstract.

Originalpublikation: Nelidova et al. (2020): Restoring light sensitivity using tunable near-infrared sensors. Science. Vol. 368, Issue 6495, pp. 1108-1113. DOI: 10.1126/science.aaz5887