Epilepsie und die damit verbundenen Anfälle können genetisch bedingt sein oder nach einer Hirnverletzung oder einem Schlaganfall auftreten. Unabhängig von der Ursache sind weltweit 50 Millionen Menschen von Anfällen betroffen, und alarmierende 15 Millionen von ihnen erhalten keine wirksame Behandlung für ihre Krankheit. Darüber hinaus haben viele der verfügbaren Therapien schwächende Nebenwirkungen, die die Patienten daran hindern, ein normales Leben zu führen.

Using Light to Quiet a Seizure

Jeanne Paz, PhD, eine Forschungsassistentin an den Gladstone Institutes, versucht, diese schwierige Realität zu ändern. In einer bahnbrechenden Studie, die in Nature Neuroscience veröffentlicht wurde, setzte Dr. Paz ein leistungsfähiges Forschungsinstrument namens Optogenetik ein, um einen Anfall zu stoppen, sobald er beginnt, und öffnete damit die Tür für alternative Therapien.

Mit der Optogenetik können Wissenschaftler speziell veränderte Zellen im Gehirn ein- oder ausschalten, indem sie einfach ein Licht in die betreffende Region leuchten lassen. Obwohl diese Technik derzeit nur in Tiermodellen verfügbar ist, bietet sie einen wichtigen Einblick in das Gehirn im Allgemeinen – sie enthüllt die Rolle, die verschiedene Zellen spielen, und identifiziert potenzielle neue Ziele für medikamentöse Behandlungen beim Menschen.

In der Epilepsiestudie verwendete Dr. Paz die Optogenetik in einem Mausmodell, um die hyperaktiven Gehirnzellen, die Anfälle verursachen, zum Schweigen zu bringen und die Anfälle zu verkürzen. Dazu verwendete sie einen Elektroenzephalographen (EEG), um einen Anfall zu erkennen, sobald er beginnt. Das EEG löste dann das Einschalten eines Lichts im Gehirn der Maus aus, das die abnorme Aktivität der Zellen sofort blockierte.

„Dies war der erste Nachweis, dass wir einen Anfall in Echtzeit stoppen konnten“, sagt Dr. Paz. „Indem wir einen Anfall zum Zeitpunkt seines Ausbruchs unterbrechen, können wir verhindern, dass er sich weiterentwickelt und sich auf andere Teile des Gehirns ausbreitet.“

Die Angriffspunkte im Gehirn ins Visier nehmen

Dr. Paz verwendete in ihrer Studie einen weiteren einzigartigen Ansatz. Anstatt sich auf den Teil des Kortex zu konzentrieren, in dem der Anfall begann, behandelte sie Zellen in einem Bereich, der Thalamus genannt wird. Der Thalamus fungiert als eine Art Relaisstation im Gehirn, die Input von der Hirnrinde empfängt und Signale an verschiedene Regionen weiterleitet. Dr. Paz geht davon aus, dass der Thalamus als „Drosselstelle“ für kortikale Anfälle dienen kann und dass ein Eingreifen in diesen Bereich die abnorme Hirnaktivität stoppen kann, bevor sie sich weiter ausbreitet.

„Der Beginn eines Anfalls ist unglaublich schnell und fast unmöglich zu erfassen“, erklärt Dr. Paz. „Aber von da an wird ein großes Netzwerk in Gang gesetzt, und viele verschiedene Hirnareale sind daran beteiligt. Anstatt sich also auf den Ursprung des Anfalls zu konzentrieren, den wir vielleicht nicht rechtzeitig erkennen können, schlagen wir vor, einen strategischen Punkt im Netzwerk anzusteuern – einen Drosselpunkt, der die abnorme Aktivität unterbrechen kann.“

Derzeit testet Dr. Paz diese Methode bei kortikalen Epilepsien, die durch eine traumatische Hirnverletzung oder einen Schlaganfall verursacht werden. Sie hofft jedoch, dass sich die Choke-Point-Theorie auch bei Epilepsien als nützlich erweisen wird, die ihren Ursprung in anderen Bereichen des Gehirns haben, wie z. B. bei der Temporallappenepilepsie, die eher eine genetische Ursache haben dürfte. Der nächste Schritt besteht darin, Choke-Points für andere Arten von Anfallsleiden zu finden und zu sehen, ob sie die gleiche starke Wirkung haben.

Es mag zwar kontraintuitiv erscheinen, einen gesunden Teil des Gehirns zu behandeln, aber Dr. Paz sagt, dass bei der Optogenetik das Gehirn nur dann beeinflusst wird, wenn ein Anfall stattfindet. Dadurch werden mögliche Nebenwirkungen der Behandlung reduziert. Im Gegensatz dazu haben Medikamente gegen Krampfanfälle sowohl chronische als auch globale Auswirkungen auf die Gehirnfunktion, da sie fast alle Bereiche des Gehirns ständig beeinflussen. Dies kann zu unangenehmen Nebenwirkungen wie Lethargie, Schwindel und Konzentrationsschwierigkeiten führen.

„Das Schöne an der Optogenetik ist, dass es keine negativen Auswirkungen auf die normale Gehirnaktivität gibt“, sagt Dr. Paz. „In unserem Mausmodell hatte die Therapie keinerlei Auswirkungen auf Verhaltensweisen wie Essen, Schlafen oder Bewegung.“

Grundlagenforschung in Behandlungen umsetzen

Obwohl die Optogenetik beim Menschen noch nicht möglich ist, glaubt Dr. Paz, dass wir in der Lage sein könnten, ähnliche Therapien wie die tiefe Hirnstimulation einzusetzen, um ein bestimmtes Gebiet in Echtzeit anzusteuern, um einen Anfall zu beenden. Darüber hinaus könnten die aus dieser Forschung gewonnenen Erkenntnisse den Wissenschaftlern helfen, neue Medikamente zu entwickeln, die selektiver auf eine bestimmte Region oder einen bestimmten Typ von Gehirnzellen wirken.

„Studien, die die Optogenetik nutzen, haben die Fähigkeit, einen enormen Einfluss auf die translationale Forschung zu haben“, sagt sie. „Bessere Epilepsiebehandlungen werden die Lebensqualität von Millionen von Menschen verbessern.“