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Vegetative Optogenetik

Optogenetik ist eine neue Methode, bei der durch genetische Manipulation von Zellen lichtsensitive Proteine überexprimiert werden, um durch Beleuchtung das Membranpotential und einzelnen intrazelluläre Signalwege mit höchster räumlicher und zeitlicher Präzision zu beeinflussen. Damit hat die optogenetische Stimulation entscheidende Vorteile gegenüber der elektrischen oder pharmakologischen Stimulation für die Untersuchung der Physiologie und Pathophysiologie einzelner Zellen, intakter Organe und deren Kommunikation untereinander im Körper.

In unserer Arbeitsgruppe entwickeln wir neue optogenetische Ansätze und nutzen diese in spezifischen Fragestellungen der Physiologie und Pathophysiologie von Muskelgewebe. Außerdem testen wir mögliche translationale Ansätze.

Projekte

1. Entwicklung neuer optogenetischer Ansätze

Die Vielzahl von optogenetischen Proteinen zur Depolarisation, Hyperpolarisation, Beeinflussung von Protein-Proteininteraktionen und der Aktivierung von G-Proteinsignalkaskaden werden charakterisiert und gezielt für die physiologischen Fragestellungen und translationalen Ansätze weiterentwickelt.

2. Untersuchung von Muskelphysiologie und -pathophysiologie

Die Erregung und Kontraktion der Muskelzellen ist Grundlage der Bewegung, der Blutversorgung des Körpers durch das Herz und der Blutdruckregulation sowie vieler weiterer Organfunktionen. Der Einsatz optogenetischer Stimulation ermöglicht die gezielte Aktivierung einzelner Prozesse in spezifischen Zelltypen und somit neue Einblicke in deren Funktion innerhalb des Organsystems. Wir setzen die optogenetische Stimulation ein, um zum Beispiel die Entstehung, Aufrechterhaltung und Terminierung von Herzrhythmusstörungen besser zu verstehen oder um die Elektromechanische Kopplung im Skelettmuskel zu untersuchen.

3. Translationale Ansätze mit optogenetischer Stimulation

Im Gegensatz zur elektrischen Stimulation kann die optogenetische Stimulation zellspezifisch und damit schmerzfrei durchgeführt werden. Dieser entscheidende Vorteil könnte einen großen Vorteil für Patienten bei der Kardioversion und Defibrillation von Herzrhythmusstörungen aber auch beim Kehlkopfschrittmacher in Fällen von beidseitiger Recurrensparese darstellen. Wichtig ist bei jeglichen translationalen Ansätzen die Charakterisierung einer möglichen Immunantwort und ein möglichst effizienter Weg für den Gentransfer.