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Untersuchungsmethode: Laser lässt Herzen schlagen

WachtelembryoLaden...
Wie sich das Herz entwickelt, studieren Wissenschaftler häufig an Vogelembryonen, denn deren winzige Pumpe tritt bereits rund 40 Stunden nach Brutbeginn in Aktion. Das ist auch nötig, denn ohne die dabei auftretende mechanische Belastung würde sich das Gewebe nicht weiter entwickeln. Welche Prozesse allerdings im Detail ablaufen, lässt sich mangels geeigneter, nicht-invasiver Kontrollmöglichkeiten nur schwer studieren.

Mit einem überraschend simplen Verfahren, das Andrew Rollins von der Case Western Reserve University in Cleveland und Kollegen jetzt vorstellten, könnte sich das ändern: Ein schwacher Laserstrahl, der auf das Herz gerichtet wird, lässt das Herz mit jedem Impuls einmal schlagen. Schaltet man das Gerät ab, übernehmen die Herzzellen wieder das Kommando.

© Michael W. Jenkins
Laser-Puls
Die Forscher synchronisierten die Herzschlagrate mit der Frequenz des Laser und erhöhten sie auf erst zwei und dann drei Hertz. Zu sehen ist neben dem Glasfaserkabel auch ein Laser-Dopplervelocimeter, der die Bewegung des Herzens misst.
Rollins und Kollegen verwendeten Licht im nahen Infrarot, das sie über ein exakt platziertes Glasfaserkabel an den Embryo heranführten. Im Experiment gelang es den Forschern beispielsweise, die Herzfrequenz eines 53 Stunden alten Wachtelembryos bei zwei oder drei Schlägen pro Sekunde konstant zu halten. Schäden an den Herzzellen haben sich dabei nach Angaben der Wissenschaftler nicht nachweisen lassen. Wie der Laser die Zellen zum Feuern bringt, darüber sind sich die Forscher noch uneins. Möglicherweise führt das Licht zu feinen Temperaturschwankungen, auf Grund derer sich Ionenkanäle in der Zellmembran öffnen.

Die Studie des Teams um Rollins ist nicht die erste ihrer Art. Bereits früher haben Wissenschaftler an Zellkulturen nachgewiesen, dass sich die Aktivität von Herz- oder Nervenzellen mittels Laser manipulieren lässt. Noch sehen die Forscher das Anwendungsgebiet ihrer Technik vor allem in der Entwicklungsbiologie, nicht ausgeschlossen sei es allerdings, dass man eines Tages auch erwachsene Herzen so stimulieren könnte. (jd)

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  • Quellen
Jenkins, M.W. et al.: Optical pacing of the embryonic heart. In: Nature Photonics 10.1038/nphoton.2010.166, 2010.

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