Presseinformationen

Presseinformation Nr. 145 vom 15. September 2015

Licht an im Herzen

Forschern des Deutschen Zentrums für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK), Standort Göttingen, ist es erstmals gelungen, elektrische Signale am schlagenden Herzen über eine genetische Sonde sichtbar zu machen. Veröffentlichung in „Circulation Research“.


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Darstellung der in Lichtsignale übersetzten Herzmuskelzellaktivität. Abb.: umg/zimmermann


(umg) Elektrische Signale im Herzen regulieren dessen Pumptätigkeit. Neue Details über die genauen Abläufe könnten helfen, unter anderem Herzrhythmusstörungen besser zu verstehen und zu behandeln. Doch eine Beurteilung der elektrischen Aktivität des Herzens über optische Verfahren galt bisher als schwierig, weil das Herz kontinuierlich schlägt. Einem Forscherteam aus dem Institut für Pharmakologie der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) ist es jetzt erstmals gelungen, die Signale am schlagenden Herzen sichtbar zu machen. Die Methode und erste Erkenntnisse darüber, wie man sie anwenden kann, wurden in der August-Ausgabe der wissenschaftlichen Fachzeitschrift „Circulation Research“ veröffentlicht. Das Deutsche Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) hat diese Veröffentlichung zu seinem „Paper of the month“ für den August 2015 ausgewählt.

Originalpublikation: Sensing Cardiac Electrical Activity with a Cardiomyocyte Targeted Optogenetic Voltage Indicator. Chang Liao ML, de Boer TP, Mutoh H, Raad N, Richter C, Wagner E, Downie BR, Unsöld B, Arooj I, Streckfuss-Bömeke K, Döker S, Luther S, Guan K, Wagner S, Lehnart SE, Maier LS, Stühmer W, Wettwer E, van Veen T, Morlock MM, Knöpfel T, Zimmermann WH. Circulation Research 117:401-412 (August 2015).
DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.115.307064

„Wir haben eine Methode weiterentwickelt, die ursprünglich zur Darstellung der elektrischen Aktivität von Nervenzellen verwendet wurde“, sagt Prof. Dr. Wolfram Hubertus Zimmermann, Direktor des Instituts für Pharmakologie der UMG und Senior-Autor der Publikation. Grundsätzlich ist es seit längerer Zeit möglich, die elektrische Aktivität von Zellen in Kultur mithilfe von spannungsempfindlichen Farbstoffen aufzuzeichnen. Diese Farbstoffe senden Licht abhängig vom Membranpotenzial der Zelle aus. Ein Problem für Anwendungen in lebenden Organismen: Die Farbstoffe sind oft giftig. Dazu kommt, dass die Aufnahmen am schlagenden Herzen durch dessen kontinuierliche Bewegung in der Regel „verwackeln“ bzw. unscharf sind.

DIE METHODE

Ein fluoreszierendes Protein, ein sogenannter Spannungssensor, sendet Licht aus, wenn Herzmuskelzellen elektrisch erregt werden. Die Forscher um Prof. Zimmermann haben erstmals Mäuse genetisch so verändert, dass diese einen nicht-giftigen, spannungsempfindlichen Sensor in den Herzmuskelzellen ausbilden. Mit hochauflösenden Kamerasystemen und optischen Lichtleitern lässt sich auf diese Weise ein Kardiogramm der elektrischen Erregung im schlagenden Herzen erstellen.

„Durch die spezifische Verortung des Spannungssensors in der Zellmembran lassen sich detaillierte Struktur-Funktionsanalysen von Vorgängen in akut- und chronisch kranken Herzmuskelzellen durchführen“, sagt Mei-Ling Chang Liao, Institut für Pharmakologie der UMG, und Erstautorin der Publikation. „Unsere Ergebnisse zeigen erstmalig einen Weg auf, wie eine Bewertung von Herzmuskelentwicklung und Herzfunktion auf minimal-invasive Weise möglich wird.“

Über experimentelle Simulationen konnten die Forscher zudem nachweisen, dass sich der von ihnen entwickelte Ansatz auch in menschlichen Zellen anwenden lässt.

BILDUNTERSCHRIFT: Darstellung der in Lichtsignale übersetzten Herzmuskelzellaktivität: Schematische Darstellung des in die Zellmembran inserierten Biosensors (VSFP2.3) mit Abbildung der Cyan und Gelb fluoreszierenden Signale in Herzmuskelzellen sowie der über schnelle Kamerasysteme aufgezeichneten gegenläufigen Änderung der Fluoreszenzsignale im Rahmen eines regulären Herzzyklus. Abb.: umg/zimmermann

WEITERE INFORMATIONEN:
Universitätsmedizin Göttingen, Georg-August-Universität
Institut für Pharmakologie
Prof. Dr. Wolfram Hubertus Zimmermann
Sprecher des Standorts Göttingen Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK)
Telefon 0551 / 39-5781
Robert-Koch-Straße 40, 37075 Göttingen
w.zimmermann@med.uni-goettingen.de



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