Durchbruch in der Hirnforschung – neue Methode erlaubt Charakterisierung neuronaler Netze auf der Ebene einzelner Zellen

Den Forschern vom National Institute for Medical Research in London, der Columbia University in New York und dem Max-Planck-Institut für medizinische Forschung in Heidelberg ist es gelungen, die Funktion einer einzelnen Nervenzelle des Gehirns zu bestimmen und zugleich diejenigen Nervenzellen zu identifizieren, von denen diese Zelle ihre Signale bezieht.

„Die neue Methode ermöglicht es erstmals, ein neuronales Netzwerk auf zellulärer Ebene darzustellen und funktional zu charakterisieren“, erklärt Ede Rancz die Vorzüge der Technik, die gestern in einer Studie in Nature Neuroscience veröffentlicht wurde.

Ein genetisch modifiziertes Tollwut-Virus weist den Weg

Die Wissenschaftler ermitteln zuerst mit der so genannten Patch-Clamp-Technik, auf welche Reize eine bestimmte Zelle im Gehirn genau reagiert. Über die hauchdünne Glassonde, die bei dieser Methode den Zugang zum Zellinneren ermöglicht, injizieren sie gleichzeitig Plasmid-DNA. Daraufhin spritzen sie in die Nähe der Zelle ein Tollwut-Virus, dem die Proteine fehlen, die es für den Eintritt in die Zelle und die Fortbewegung innerhalb der neuronalen Leiterbahnen benötigt.

Diese fehlenden Proteine werden von der zuvor injizierten Plasmid-DNA hergestellt. Das Virus kann deshalb nur diese einzelne Zelle infizieren und breitet sich von dort aus über den synaptischen Spalt in diejenigen Nervenzellen aus, die in der Signalkette genau einen Schritt stromaufwärts liegen. Dort ist sein Weg zu Ende, denn diese Zellen verfügen nicht über die notwendige Plasmid-DNA, die das Virus zur Fortbewegung braucht.

Zelluläre Netzwerke im lebenden Organismus

Die Plasmid-DNA und das Virus produzieren fluoreszierende Proteine, die durch eine spezielle mikroskopische Methode sichtbar werden. So lassen sich die zuvor charakterisierte Zelle und die Nachbarzellen darstellen, die diese Zelle über ihre Axone mit Informationen speisen. Dies lässt sich sogar am lebenden Organismus ausführen, so dass sich die zellulären Netzwerke identifizieren und dann noch weiteren funktionalen Tests unterziehen lassen. Die Forscher sind davon überzeugt, dass die neue Methode der Hirnforschung eine Reihe hoch interessanter neuer Möglichkeiten eröffnet.

Die Originalarbeit ist als advance online publication abrufbar: http://www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/abs/nn.2765.html