Medizin am Abend Fazit: Forscher stimulieren Kehlkopfmuskeln mit Licht
Medizinern der Universität Bonn ist es gelungen, die Kehlkopfmuskeln
einer Maus mit Licht zu stimulieren. Möglicherweise ist es mit dieser
Methode mittelfristig möglich, Kehlkopflähmungen beim Menschen zu
therapieren. Diese können beispielsweise nach Schilddrüsen-Operationen
auftreten und zu Problemen beim Sprechen sowie schwerer Atemnot führen.
Die Ergebnisse erscheinen in dem renommierten Fachjournal „Nature
Communications“.
Dr. Tobias Brügmann, Juniorprofessor Dr. Philipp Sasse und Dr. Tobias
van Bremen (von links) demonstrieren mit dem Lichtleiter das
Funktionsprinzip.
Foto: Claudia Siebenhüner/Universitätsklinikum Bonn
Muskeln reagieren auf Nervenimpulse, indem sie sich zusammenziehen.
Durch Licht lässt sich diese Kontraktion normalerweise nicht auslösen.
Vor einigen Jahrzehnten wurde jedoch in Grünalgen eine exotische
Molekülgruppe entdeckt, die so genannten Kanal-Rhodopsine.
Kanal-Rhodopsine sind Schleusen für elektrisch geladene Teilchen, die
sich bei Beleuchtung öffnen. Wenn man Kanal-Rhodopsine geeignet verpackt
und in einen Muskel injiziert, werden sie in die einzelnen Muskelzellen
eingebaut. Sobald man eine solche Zelle nun mit Licht reizt, öffnen
sich die Kanäle. Es strömen positiv geladene Ionen in die Muskelzelle,
die so zur Kontraktion angeregt wird.
Dieses Funktionsprinzip ist schon seit einigen Jahren bekannt. Bereits
2010 hat die Bonner Arbeitsgruppe mit derselben Methode die
Herzmuskulatur von Mäusen stimuliert.
Kehlkopfmuskeln zählen jedoch zur
Skelettmuskulatur. „Und für Skelettmuskeln gelten andere Gesetze“,
betont der Leiter der Studie Juniorprofessor Dr. Philipp Sasse.
So lässt
sich in der Skelettmuskulatur jede Zelle separat zur Kontraktion
anregen. Auf diese Weise kann der Körper die ausgeübte Muskelkraft sehr
fein steuern. Skelettmuskeln können zudem – anders als der Herzmuskel –
auch Haltearbeit leisten: Werden sie sehr schnell hintereinander immer
wieder gereizt, bleiben sie kontrahiert. „Wir haben nun erstmals zeigen
können, dass wir durch Lichtpulse ebenfalls eine dauerhafte Kontraktion
auslösen können“, sagt Dr. Tobias Brügmann, Erstautor der Studie. „Je
nachdem, wohin wir den Lichtstrahl richten, können wir zudem einzelne
Muskelgruppen reizen – genauso, wie es der Körper über die Nerven
macht.“
Neue therapeutische Möglichkeiten
Damit weist die Methode möglicherweise auch den Weg zu neuen
Therapieansätzen.
Profitieren könnten in einigen Jahren etwa Menschen
mit einer Kehlkopflähmung. Zu dieser Störung kann es zum Beispiel nach
Schilddrüsen-Operationen kommen, wenn durch den Eingriff die
Kehlkopfnerven verletzt wurden. Der Kehlkopf übernimmt wichtige
Funktionen beim Sprechen und Schlucken, vor allem aber beim Luftholen:
Die Kehlkopfmuskeln ziehen beim Atmen die Stimmlippen auseinander, so
dass die Luft in die Lunge einströmen kann. Bei einer vollständigen
Lähmung können die Betroffenen nicht mehr atmen.
Durch Verkabelung mit einem elektrischen Stimulator lässt sich die
Kehlkopfmuskel-Funktion leider meist nicht wiederherstellen. „Dazu gibt
es dort auf engem Raum zu viele verschiedene Muskeln“, erläutert der
Hals-Nasen-Ohren-Arzt Dr. Tobias van Bremen, einer der Ko-Autoren der
Studie. „Sie gezielt einzeln elektrisch zu stimulieren, ist so gut wie
unmöglich.“ Die Beleuchtungs-Methode ist ein ganz neuer, viel
versprechender Ansatz. Im Tierversuch haben die Bonner Mediziner bereits
zeigen können, dass es tatsächlich funktioniert: Bei Mäuse-Kehlköpfen
konnten sie durch Beleuchtung gezielt den Luftkanal öffnen.
Ob das dereinst beim Menschen ebenfalls funktionieren wird, ist noch
offen. Im Nächsten Schritt wollen die Bonner Forscher einen optischen
Stimulator des Kehlkopfs an lebenden Schweinen erproben.

Publikation: Tobias Bruegmann, Tobias van Bremen, Christoph C. Vogt,
Thorsten Send, Bernd K. Fleischmann & Philipp Sasse: Optogenetic
control of contractile function in skeletal muscle; Nature
Communications, Datum, DOI: 10.1038/ncomms8153
Medizin am Abend DirektKontakt:
Prof. Dr. Philipp Sasse
Institut für Physiologie I, Universität Bonn
Tel. 0228/6885212
E-Mail: philipp.sasse@uni-bonn.de
Dr. Tobias Brügmann
Institut für Physiologie I, Universität Bonn
Tel. 0228/6885217
E-Mail: tbruegmann@uni-bonn.de
Dr. Tobias van Bremen
Klinik und Poliklinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde/Chirurgie
Universitätsklinikum Bonn
Tel. 0228/28715556
E-Mail: Tobias.Vanbremen@ukb.uni-bonn.de
Johannes Seiler Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn