Göttingen. Wenn jemand gehörlos ist, liegt das meist am Verlust der Sinneszellen in der Hörschnecke (Cochlea) des Ohres. Die Zellen wandeln den akustischen Reiz in elektrische Signale um. Diese werden dann durch die Hörnerven an das Gehirn weitergeleitet. Nach Angaben der Uni Göttingen stimulieren künstliche Hörhilfen, sogenannte Cochlea-Implantate, den Hörnerv mittels kleiner Elektroden und können so zumindest einen Teil des Hörvermögens wiederherstellen. Allerdings sei das Hörvermögen der Betroffenen mit diesen Cochlea-Implantaten durch die reduzierte Information über die angebotenen Tonhöhen eingeschränkt. Eine Alternative zu den herkömmlichen Implantaten könnten in Zukunft optogenetische Implantate sein, wie sie derzeit am Göttingen Campus entwickelt werden. Dabei müssen den Hörnervenzellen im Ohr laut Universität „molekulare Lichtschalter“ (Kanalrhodopsine) eingesetzt werden. Als Optogenetik wird ein Fachgebiet der Genetik und der Biologie bezeichnet, das sich mit der Kontrolle von genetisch modifizierten Zellen mittels Licht beschäftigt.

Verbesserte Verarbeitung von Tonfrequenzen

Ein Forscherteam aus Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt, des Göttingen Campus und des Frankfurter Max-Planck-Instituts für Hirnforschung hat Kanalrhodopsine mit besonders kurzen Öffnungszeiten entwickelt und diese in Neuronen des Gehirns und des Ohrs von Mäusen eingesetzt, heißt es in einer Mitteilung. Besonderes Augenmerk sei auf die rote Wellenlänge des anregenden Lichts gelegt worden, um eine möglichst hohe Gewebedurchlässigkeit zu gewährleisten. Damit gelang es den Forschern, das Feuern von Nervenimpulsen in verschiedenen Nervenzelltypen mit roten Lichtpulsen bis nahe an das physiologische Limit der jeweiligen Zellen „zu treiben“. Die Lichtkanäle wurden mittels Genfähren gezielt in den Hörnerv des Ohrs eingebracht – nach Angaben der Uni eine wichtige Voraussetzung für die verbesserte Verarbeitung von Tonfrequenzen in zukünftigen optogenetischen Cochlea-Implantaten.

Viren als Genfähren

„Unsere Versuche mit Nervenzellen des Gehirns und des Hörnervs von Mäusen zeigen, dass die Kanäle elektrische Impulse mit einer Frequenz von bis zu 600 Hertz auslösen können“, sagt Ernst Bamberg vom Max-Planck-Institut für Biophysik. „Das entspricht in etwa der maximalen natürlichen Erregungsrate, und das bei geringer Lichtintensität.“ Da Nervenzellen die Kanalrhodopsine nicht natürlicherweise produzieren, müssen die Wissenschaftler einen molekularbiologischen Trick anwenden. Die Forscher nutzen dafür harmlose Viren als Genfähren, um das Gen in die Nervenzellen zu bringen. Die Göttinger Forscher konnten nach eigenen Angaben zeigen, dass Zellen des Hörnervs nach einer Virusinjektion in die Hörschnecke von Mäusen große Mengen der Kanalproteine produzieren. Laserblitze, die durch eine 50 Mikrometer dicke Glasfaser in die Hörschnecke geleitet wurden, lösten daraufhin elektrische Impulse im Hörnerv und im Hirnstamm der Tiere aus.

Veröffentlicht wurde die Studie am 1. Mai im Wissenschaftsjournal „Nature Communications“.

Von Madita Eggers