US-Forscher haben Mäusen ein ungewöhnliches Training verabreicht: Sie aktivierten die Muskeln der Tiere mit Hilfe von Licht und riefen auf diese Weise ganz natürliche Muskelkontraktionen hervor. Dazu nutzte das Team genetisch veränderte Mäuse, deren Nervenzellen von lichtempfindlichen Proteinen umhüllt sind. Die neue Technik könnte in erster Linie als nützliches Forschungsinstrument eingesetzt werden, erläutern die Wissenschaftler. Allerdings sehen sie in Zukunft auch mögliche praktische Anwendungen, zum Beispiel für die Wiederherstellung der Bewegungsfähigkeit nach einem Schlaganfall oder einer Rückenmarksverletzung.
Bei Versuchen, gelähmte Muskeln mit Hilfe elektrischer Impulse künstlich zu aktivieren, wird häufig eine um einen Nerv geschlungene Manschette genutzt, erläutern die Wissenschaftler. Diese habe es gelähmten Patienten bereits ermöglicht, wieder zu gehen – allerdings nur für einige Minuten. Problematisch bei dieser Art der Stimulation ist nämlich, dass die Reihenfolge, in der die Muskelfasern aktiviert werden, genau umgekehrt ist wie bei einer natürlichen Bewegung: Große Muskelfasern reagieren schneller auf die elektrischen Impulse als kleinere, während sich bei einer normalen Bewegung erst die kleineren und dann die größeren Muskelfasern zusammenziehen. Die elektrische Stimulation führt daher zu ruckartigen Bewegungen und einer extrem schnellen Erschöpfung der Muskulatur.
Für ihre neue Studie entwickelten die Forscher nun eine Art optische Manschette, die auf ihrer Innenseite winzige, lichtaussendende Dioden besitzt. Diese platzierten sie um den Ischiasnerv der Mäuse. Die LEDs strahlten blaues Licht mit hoher Intensität aus, das tief in den Nerv eindringt und so dafür sorgt, dass auch die tiefer liegenden Nervenfasern erreicht und stimuliert werden. Dieser Ansatz führte dazu, dass sich die kleineren und größeren Muskelfasern ähnlich wie unter natürlichen Bedingungen in der richtigen Reihenfolge zusammenzogen. Zudem konnten die Kontraktionen deutlich länger aufrecht erhalten werden als beim Einsatz von Strom: “Die elektrische Stimulation erschöpfte die Muskeln bereits nach vier Minuten”, berichtet Llewellynvon der Stanford-Universität, “bei der optischen Stimulation besaßen die Muskeln dagegen nach 20 Minuten noch ein Drittel ihrer anfänglichen maximalen Kraft und blieben noch eine ganze Weile auf diesem Niveau.”
Die Technologie könnte in Zukunft neue Möglichkeiten eröffnen, die Bewegungsfähigkeit gelähmter Patienten wiederherzustellen. So könnte sie nach Rückenmarksverletzungen, Schlaganfällen oder anderen Hirnschädigungen eingesetzt werden, aber auch bei spastischen Lähmungen, die mit einer erhöhten Muskelspannung einhergehen. Allerdings müsste es zunächst gelingen, die Gene für die lichtempfindlichen Proteine sicher in das menschliche Genom einzuschleusen, geben die Forscher zu bedenken.
Michael Llewellyn (Stanford-Universität) et al.: Nature Medicine, Onlinevorabveröffentlichung, doi: 10.1038/nm.2228 dapd/wissenschaft.de ? Kristina Abels
