Neuroblocker mit optischem Schalter: LMU-Chemiker kooperieren mit Forschern aus Berkeley und Bordeaux

Den Schmerz einfach abschalten zu können erscheint vielen Geplagten als eine schöne Vorstellung

[Münchner Partner, 20.02.2012] In Laborversuchen ist es Chemikern der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München zusammen mit Kollegen aus Berkeley und Bordeaux jetzt immerhin gelungen, Schmerzneuronen ruhigzustellen – mit einer chemischen Verbindung, die als lichtempfindlicher Schalter funktioniert. Die LMU-Forscher sehen die neue Methode vor allem als Werkzeug für die Schmerzforschung.
„QAQ“ nennen die LMU-Forscher um Dirk Trauner, Professor für Chemische Biologie und Genetik, die Substanz aus dem molekularen Baukasten. Zwei spezielle Ammonium-Verbindungen sind darin mit einer Art Brückenelement zusammengekoppelt, das eine Doppelbindung zweier Stickstoffatome enthält. Genau an dieser Stelle kann sich das ganze Molekül strecken oder abknicken, abhängig von der Wellenlänge des monochromen Lichtes, mit dem es bestrahlt wird – fertig ist das optische Schaltelement. „QAQ“ hat darüber hinaus aber noch andere Eigenschaften – es ähnelt in der Wirkung dem Lidocain, einem gängigen Lokalanästhetikum in der Zahnmedizin, und noch stärker einem seiner Abkömmlinge. „QAQ“ greift selektiv nur genau an den charakteristischen Neurorezeptoren der Nervenzellen an, die den Schmerz etwa von der Haut bis ins Rückenmark weiterleiten.
Allerdings kann nur das „QAQ“ in seiner gestreckten Form die neuronale Aktivität und damit also die Weitergabe des Schmerzsignals blockieren. Legten die Forscher im Experiment mit Licht von 380 Nanometer Wellenlänge den Schalter um, war die Reizleitung innerhalb von Millisekunden wieder aktiviert. Denn die zusammengeklappte „QAQ“-Variante zeigt keine Wirkung auf den Rezeptor. Licht von 500 Nanometer lässt das Molekül wieder aufklappen. Dass die örtliche Betäubung des Schmerzempfindens mit „QAQ“ im Prinzip funktioniert, konnten die Forscher schließlich auch am Tiermodell zeigen.
Bis zu einer möglichen therapeutischen Anwendung des Prinzips sei es aber „noch ein weiter Weg“, sagt Timm Fehrentz, Doktorand bei Professor Trauner und einer der beiden Erstautoren der Arbeit. Um nur ein vergleichsweise naheliegendes Problem zu nennen: Das monochrome Licht, das den Schalter in den „QAQ“-Molekülen umlegt, kann menschliches Gewebe nicht weit genug durchdringen, um an sie am Wirkort zu erreichen. Die Forscher suchen deshalb schon nach Alternativen zu „QAQ“, die auf längerwelliges Rotlicht ansprechen.

Weitere Informationen zum Thema:

nature methods
Rapid optical control of nociception with an ion-channel photoswitch

the trauner research group
chemical synthesis & neuroscience

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