Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Herzschlag in 3D

22.07.2014

Max-Planck-Forscher beobachten Zebrafisch-Herz bei der Arbeit

Bislang waren Mikroskope zu langsam und nicht leistungsfähig genug, das schlagende Herz eines Zebrafisches in 3D aufzuzeichnen.


Schlagendes Herz eines Zebrafisch-Embryos (Herzmuskel (rot), Herzwand und Blutgefäße (türkis)).

© MPI f. molekulare Zellbiologie und Genetik/ Huisken

Ein Forscherteam vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik ist es nun gelungen, 3D-Filme von einem Zebrafisch-Herz aufzunehmen. Ihr neuartiger Ansatz: Sie kombinieren die sogenannte Lichtblattmikroskopie, bei der nur eine hauchdünne Schicht der Probe beleuchtet wird, mit intelligenten Bildverarbeitungsmethoden, die aus den Aufnahmen der verschiedenen Schichten eine gestochen klare Aufnahme berechnen.

Auch hochaufgelöste Standbilder von Zebrafisch-Herzen konnten die Dresdner Forscher mit dieser Methode erzeugen. Mithilfe der Optogenetik können sie zudem die Herzzellen so manipulieren, dass diese auf Licht reagieren – so lässt sich der Herzschlag durch Licht anhalten und wieder anstoßen.

Alternativ können die Wissenschaftler das Herz in 3D mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufnehmen und den Durchfluss von Blutzellen durch das Herz und Herzrhythmusstörungen sichtbar machen. So könnten sich in Zukunft auch die Ursachen angeborener Herzfehler besser erforschen lassen.

Die Arbeitsgruppe von Jan Huisken am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik hat mit einem Lichtblattmikroskop, das mit Licht eine Probe virtuell in dünnste Schichten zerschneidet, Ebene für Ebene in einem Zebrafisch-Herzen aufgenommen. Die einzelnen Filme wurden dann am Computer zu einem einzigen 3D-Film des schlagenden Herzens zusammengefügt.

Zudem ist es den Dresdner Forschern gelungen, das Herz eines sich entwickelnden Zebrafischs mit Hilfe von Licht zum Stehen zu bringen – dazu werden die Zellen so verändert, dass sie auf Licht reagieren. Dem Fischembryo schadet dies übrigens nicht, er kann einen Herzstillstand von ein paar Stunden ohne Probleme überstehen.

“Anhand der Aufnahmen können wir nun einen gesamten Herzschlag in Zeitlupe genau beobachten, mit allen Details in den charakteristischen Herzbestandteilen”, so Michaela Mickoleit, Doktorandin im Labor von Jan Huisken. So lassen sich nun die Kontraktion des Herzen oder der Abstand zwischen Herzmuskel und Herzinnenwand während eines Herzschlags genauer bestimmen und analysieren. Indem die Forscher mit der Belichtungszeit und der Vergrößerung experimentierten, konnten sie eine bessere Auflösung erreichen und kleinste Details wie die Bestandteile des Zellskeletts, die sogenannten Aktin-Fasern, oder die Sarkomere – die kleinesten Einheiten einer Muskelfibrille – sichtbar machen.

Mit einer schnell verformbaren, flüssigen Linse haben sich die Forscher schließlich noch andere Phänomene des Herzens genauer angeschaut. Erstmals ist es damit gelungen, kranke Herzen mit einer Herzrhythmusstörung zu beobachten.

Mit diesen technologischen Errungenschaften lässt sich ein sich entwickelndes lebendiges Herz beobachten – ob mit in Super-Zeitlupe abgespielten Filmen oder mit hochaufgelösten Standbildern. Die Arbeiten geben damit komplett neue Einsichten in den zellulären Aufbau eines schlagenden Herzens und bringen mit diesem neuen Wissen auch Chancen auf neue Ansätze, um angeborene Herzfehler zu therapieren.

Ansprechpartner

Florian Frisch

Originalpublikation

 
M. Mickoleit, B. Schmid, M. Weber, F.O. Fahrbach, S. Hombach, S. Reischauer, J. Huisken
High-resolution reconstruction of the beating zebrafish heart.
Nature Methods, 20. Juli 2014

Florian Frisch | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/8313107/herz_zebrafisch_3d

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden neue Ansätze gegen Wirkstoffresistenzen in der Tumortherapie
15.12.2017 | Universität Leipzig

nachricht Moos verdoppelte mehrmals sein Genom
15.12.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik