Optogenetische Arrhythmieterminierung & LED-Array

Herzkrankheiten sind allgegenwärtig und stellen die kardiovaskuläre Forschung vor immer
neue Herausforderungen. Insbesondere die Mechanismen und Gewebeveränderungen, die
diesen Krankheiten zugrunde liegen, sind in ihrer dreidimensionalen Komplexität oft schwer
zu erforschen. Um die physiologischen Funktionen des Herzens zu beschreiben, erfreuen
sich all-optische Messverfahren derzeit großer Beliebtheit. Per definitionem steht der Begriff
all-optische Physiologie für die Nutzung optischer Eigenschaften und entsprechender Geräte,
die berührungslos mehrdimensionale und multizelluläre physiologische Beobachtungen
ermöglichen. Wie aber könnte dies konkret der Herzphysiologie zugute kommen? Gerade
bei elektrosensiblen Fragestellungen können optische Ansätze von großem Vorteil sein, und
dank der stetigen Weiterentwicklung der Technologie können immer mehr Optiken nicht
nur in vitro, sondern auch in ex vivo oder in vivo Experimenten eingesetzt werden. Hier
konzentrieren wir uns auf neue optophysiologische Methoden im Hinblick auf ihre translationale
Forschungsrichtung, mit denen wir eine Vielzahl wissenschaftlicher Fragen angehen
können, von der messbaren Charakterisierung bis zur Manipulation physiologischer Prozesse
in optogenetisch modifizierten Herzen.

Im Herzen sind alle gleich? 
Einfluss von Geschlecht und Geweberemodellierung in alternden Herzpopulationen

Ventrikuläre Tachyarrhythmien stellen eine ernsthafte Herausforderung für die Herzrhythmusforschung
dar, insbesondere vor dem Hintergrund des gerontologischen Gewebeumbaus
und seines potenziellen Einflusses auf die Protokolle zur Beendigung der Arrhythmie.
Standard-Elektrotherapien vereiteln in gewisser Weise die Untersuchung der zugrundeliegenden
Veränderungen in den Erregungsmustern, indem sie elektrische Artefakte erzeugen, und
könnten daher kritische Abbruchmechanismen verbergen. Die lichtempfindliche Erregungskontrolle
im optogenetischen Herzgewebe mit strukturierter Beleuchtung kann jedoch zur
Überwindung dieser Artefakte und zur Vertiefung unseres Verständnisses der Rhythmusveränderungen
vor, während und nach der Beendigung der Arrhythmie eingesetzt werden.

In Kooperation mit der Tierärztlichen Hochschule Hannover führen wir ein Projekt zur Bildgebung
im optischen geklärten Herz durch. Hierbei werden Herzpräparate von verschiedenen Labortiermodellen
quasi duchsichtig gemacht mittels dem sogenannten Optical Clearing-Verfahren, einzig
die Blutgefässstrukturen sind aufgrund von Färbungen dann sichtbar. Die kameratechnisch gewonnenen
Daten werden statistisch hinsichtlich der vergleichenden Parameter der verschiedenen
Spezies analysiert und in Form einer öffentlichen Datenbank aufbereitet. Dies kann der Entscheidungsfindung
für ein spezielles und das bestmögliche Tiermodell im Vorfeld einer experimentellen
Studie dienen, was neben der experimentellen Verbesserung auch einen positiven Effekt auf die
Reduzierung von Labortierzahlen haben kann (3R-Gedanke).