Stromschalter aktiviert und schon springt die Genmaschinerie an – was wie Sciencefiction klingt, ist offenbar möglich: Forscher haben durch biotechnische Verfahren Zellen kreiert, deren Genaktivität sich elektrisch regulieren lässt. Das System haben sie für die Entwicklung eines medizinischen Implantats eingesetzt, das nach externer Aktivierung Insulin freisetzt. Der Prototyp konnte bei Mäusen den Blutzuckerspiegel erfolgreich regulieren. Aus dem Konzept könnte sich somit eine neue Technologie zur Behandlung von Erkrankungen beim Menschen entwickeln, sagen die Wissenschaftler.
Der Optogenetik folgt nun die Elektrogenetik
Dabei werden Zellen gentechnisch so verändert, dass sie in einer speziellen Weise auf bestimmte Reize reagieren. Als Signale können biochemische Moleküle dienen oder aber Licht: Bei dieser sogenannten Optogenetik werden Gene in die Zellen eingeschleust, die zur Entwicklung strahlungsempfindlicher Systeme führen, die eine Kontrolle der zellulären Aktivität durch Licht ermöglichen. „Unser Ziel war es hingegen, Genexpression direkt mit Elektrizität zu steuern – nun ist uns dies gelungen“, sagt Martin Fussenegger von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich.
Fussenegger und seine Kollegen haben im Labor gezüchtete Betazellen durch biotechnologische Verfahren mit bestimmten genetischen Programmen ausgerüstet, sodass sie auf elektrische Signale reagieren. Die Zellen bilden eine spezielle Kombination von Kalzium- und Kaliumkanälen aus, die bei elektrischer Stimulation einen Einstrom von Kalziumionen in die Zelle auslösen. Dies führt zu einer Signalkaskade, die das Gen für die Produktion von Insulin im Zellkern aktiviert. Die Zellmaschinerie verpackt das Hormon anschließend in Vesikel, bläschenartige Gebilde, die mit der Zellmembran verschmelzen und so das Insulin innerhalb weniger Minuten freisetzen, erklären die Wissenschaftler.
Testgerät setzt Insulin frei
Diese Zellen haben sie bei der Entwicklung eines Geräts eingesetzt, das sich in die Haut implantieren lässt. Es besteht aus einer Platine mit Empfangs- und Steuerelektronik, die über ein Kabel mit einem Behälter verbunden ist, der die elektronisch aktivierbaren Betazellen enthält. Über ein Funksignal von außerhalb des Körpers kann die Elektronik im Implantat aktiviert werden, worauf sie elektrische Signale an die Zellen sendet. Sie reagieren dann mit der Abgabe von Insulin, das über eine Membran an den Körper abgegeben werden kann. Wie die Forscher berichten, haben erste Tests an „Diabetiker-Mäusen“ gezeigt, dass das Implantat den Blutzuckerspiegel auf ein normales Niveau regulieren kann.
