Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Leuchtspuren im Gehirn

11.08.2008
Indikator-Molekül ermöglicht erstmals Langzeitbeobachtung der Aktivität einzelner Nervenzellen

Wissenschaftler träumen schon lange davon, Nervenzellen im Gehirn direkt bei der Arbeit zu beobachten. So könnte zum Beispiel die Verarbeitung von Sinneseindrücken, die Veränderungen der Nervenzellen während eines Lernvorgangs, oder das Absterben von Nervenzellen im Alter und bei Krankheit untersucht werden.

Die dazu nötigen Langzeitbeobachtungen der Aktivität einzelner Nervenzellen waren jedoch bislang nicht möglich. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie haben nun ein Molekül entwickelt, dass von den Zellen selbst gebildet wird und zuverlässig über viele Wochen hinweg die Aktivität einzelner Nervenzellen anzeigt. Nature Methods, 10. August 2008

Das Gehirn bestimmt wer wir sind, was wir tun und wie wir die Welt wahrnehmen. Es ist daher kein Wunder, dass das Gehirn den Menschen schon immer faszinierte. Um zu verstehen wie das Gehirn funktioniert, muss man die "Sprache" der Nervenzellen verstehen - also das Muster ihrer elektrischen Aktivität interpretieren. Eine Schwierigkeit dabei ist, das Signal einer einzelnen Zelle aus den Signalen tausender Nachbarzellen herauszufiltern.

Ein einzelnes Signal über viele Wochen hinweg zu verfolgen, ist nahezu unmöglich. Diese Beobachtungen wären jedoch wichtig um zu erforschen, wie sich die Aktivität einzelner Zellen im Laufe einer Krankheit, während der Entwicklung und des Alterns, oder auch während Lernprozessen verändern. Solche Untersuchungen gehörten bislang ins Reich der Utopie.

Der Zellaktivität auf der Spur

In den letzten Jahren gab es jedoch wichtige Verbesserungen in den Untersuchungsmethoden. So wurden Fluoreszenz-Farbstoffe entwickelt, die die Aktivität einzelner Nervenzellen sichtbar machen. Die Grundlage dieser Farbstoffe sind synthetische Kalzium-Indikatoren, die auf die Bindung von Kalzium mit einer Veränderung ihrer Helligkeit reagieren. Kalzium kommt in jeder Nervenzelle vor und die Kalzium-Konzentration ändert sich, wenn eine Nervenzelle zum Beispiel ein elektrisches Signal weitergibt. Künstlich in eine Zelle eingebrachte Kalzium-Indikatoren können somit elektrische Signale der Zellen optisch sichtbar machen.

Zusätzlich hebt der fluoreszierende Farbstoff die damit gefüllte Zelle aus der Masse der Nervenzellen hervor und macht sie mit all ihren Verästelungen sichtbar. Mit Hilfe der modernen 2-Photonen-Mikroskopie können so die Aktivität und auch die Anatomie der markierten Zellen direkt im Gehirn studiert werden. Jedoch verblassen die künstlichen Farbstoffe meist nach kurzer Zeit wieder, was Langzeitbeobachtungen verhindert.

Eine Alternative zu den synthetisch hergestellten Farbstoffen sind genetisch kodierte Kalzium-Indikatoren. Diese Moleküle sind Proteine, die von einzelnen genetisch veränderten Nervenzellen selbst produziert werden. Ist die Nervenzelle aktiv, fluoreszieren die Indikator-Moleküle anstatt zuvor bläulich eher gelb. Störende Eingriffe von außen sind also nicht mehr nötig, um die Aktivität der Zellen sichtbar zu machen. Doch auch hier gibt es ein Problem: Im Vergleich zu den künstlichen Farbstoffen leuchteten diese genetisch-kodierten Indikator-Moleküle nur schwach und reagierten auch nur auf größere Änderungen in der Kalzium-Konzentration. So blieb eine schonende aber auch aussagekräftige Langzeitbeobachtung der Aktivität einzelner Nervenzellen weiterhin ein Wunschtraum.

TN-XXL: Die Antwort auf Forscherträume?

Dieser Traum scheint nun in Erfüllung zu gehen. Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie ist es gelungen, einen deutlich verbesserten Kalzium-Indikator zu entwickeln. TN-XXL, so der Name des Moleküls, ist viel empfindlicher als alle seine Vorgänger und reagiert schon auf kleinste Änderungen in der Aktivität von Nervenzellen. Da TN-XXL ständig von den Nervenzellen nachgebildet wird, ist die Leuchtkraft kontinuierlich hoch. So kann die Aktivität einzelner Nervenzellen über viele Wochen hinweg im intakten Gehirn beobachtet werden.

"TN-XXL sollte einigen Wirbel in den Neurowissenschaften verursachen", vermutet Oliver Griesbeck, der Leiter der Studie. Die nun erstmals mögliche Langzeitbeobachtung der Aktivität einzelner Nervenzellen ist eine wichtige Voraussetzung um zu verstehen, wie das Gehirn arbeitet und sich mit der Zeit verändert - sei es während seiner Entwicklung, des Alterns, oder um neue Informationen zu verarbeiten. Auch in der klinischen Forschung sieht Griesbeck Anwendungsmöglichkeiten für das neue Molekül: "TN-XXL kann zum Beispiel eingesetzt werden, um den Verlauf von Krankheiten oder die Effekte von Medikamenten im Körper zu verfolgen." Es sollte daher nicht lange dauern, bis TN-XXL neue Einblicke in die Arbeitsweise unseres Gehirns und auch unseres Körpers bringt.

Originalveröffentlichung:
Marco Mank, Alexandre Ferrão Santos, Stephan Direnberger, Thomas D. Mrsic-Flogel, Sonja B. Hofer, Valentin Stein, Thomas Hendel, Dierk F. Reiff, Christiaan Levelt, Alexander Borst, Tobias Bonhoeffer, Mark Hübener, Oliver Griesbeck
A genetically encoded calcium indicator for chronic in vivo two photon imaging
Nature Methods, 10. August 2008
Kontakt:
Dr. Stefanie Merker
Öffentlichkeitsarbeit
Am Klopferspitz 18, 82152 Martinsried
Tel: 089 - 8578 3514, Fax: 089 - 8995 0022
merker@neuro.mpg.de

Dr. Stefanie Merker | idw
Weitere Informationen:
http://www.neuro.mpg.de
http://www.neuro.mpg.de/english/junior/celldyn

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Medikamente aus der CLOUD: Neuer Standard für die Suche nach Wirkstoffkombinationen
23.05.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

nachricht Mikro-Lieferservice für Dünger
23.05.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium 2017: Internet of Production für agile Unternehmen

23.05.2017 | Veranstaltungen

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Medikamente aus der CLOUD: Neuer Standard für die Suche nach Wirkstoffkombinationen

23.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungsnachrichten

CAST-Projekt setzt Dunkler Materie neue Grenzen

23.05.2017 | Physik Astronomie