Die meisten handelsüblichen Sportuhren und Smartwatches nutzen grünes Licht, das die Haut durchdringt, um unsere Körperfunktionen zu überwachen. Dank einer neuen Erfindung der ETH sollen diese Uhren unsere Körperfunktionen zukünftig auch beeinflussen können.
Martin Fussenegger vom ETH Departement Biosysteme in Basel will mit seinem Forscherteam das grüne Licht der Smartwatches nutzen, um Gene zu steuern und das Verhalten von kranken Zellen zu verändern.
«Licht sei ein optimaler Schaltmechanismus für alles biologische» meint Fussenegger. Denn Leben entstehe in der Regel unter Licht und viele Lebewesen haben gar einen natürlichen Schalter für Licht - Stichwort Fotosynthese.
Auch wenn menschliche Zellen kein molekulares System beinhalten, das auf Grünlicht reagiert. So haben die Forscher der ETH sich der natürlichen Toolbox von Sensorsystemen für Licht bedient, um einen neuartigen Schalter zu bauen.
Molekularer Grünlicht Schalter
Für den Prototypen dieses Schalters verwendeten die Forscher HEK-Zellen (menschliche Nierenzellen), die erst entnommen, im Labor präpariert und anschliessend wieder in den Körper implantiert werden. Ein Verfahren in der noch jungen Disziplin der Zelltherapie.
Neu soll diese Form der Therapie durch einen Grün-Licht-Schalter gesteuert werden können. Dazu wird in der Membran dieser Zelle ein Molekülkomplex eingespeist. Dieser wiederum ist durch eine Art Koppelung fixiert.
Sobald das grüne Licht auf die Zelle trifft, springt diese Kopplung auf und die Moleküle werden in den Zellkern transportiert, wo sie beispielsweise Insulin produzieren. Wird die Lichtquelle wieder ausgeschaltet springt das Molekül zurück in die Kopplung an der Zellaussenwand, wo es kein Insulin mehr produzieren kann.
Mäuse-Experiment mit Standardsoftware
Bisher wurde der Schalter ausschliesslich in den Zellen von Mäusen implantiert. Für die Steuerung des Grünlichts in der Smartwatch wurde dazu die bereits vorhandene Standardsoftware der «Lauf-App» benutzt.
Wie viel Insulin gebraucht wird, muss momentan noch extern eingeben werden. Zukünftig stellt sich Fussenegger allerdings eine Kopplung mit einem Blutzucker-Sensor vor der das ganze System überwacht.
Nicht nur für Diabetes-Patienten
Wie die meisten Schalter ist auch der von der ETH erfundene Grünlicht Schalter ein universelles System, das für verschiedene Anwendungen konfiguriert werden kann.
Fussenegger sieht neben der Insulinproduktion auch andere Anwendungsfelder wie beispielsweise die Produktion von therapeutischen Antikörpern, oder auch die Produktion von Proteinen die Krebszellen angreifen.
Bis dahin ist es allerdings noch ein weiter weg. Noch befindet sich der Grün-Licht-Schalter in einer Prototyp-Phase. Bis er auch klinische Anwendung findet wird es noch mindestens 10 Jahre dauern, schätzt Fussenegger.
