Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neutronenforschung offenbart Schwächen der Konservierung mit Formaldehyd bei Gehirngewebe

28.03.2013
Die Ergebnisse sind ein erster Abschnitt eines Projektes, das darauf zielt, die Grenzen bestehender bildgebender dMRT-Techniken zu erweitern, um Diagnosen zu verbessern und Behandlungsmöglichkeiten von Gehirnerkrankungen zu untersuchen.

Die erste Analyse biologischer Prozesse in Gehirngewebe mit Neutronen am Institut Laue-Langevin (ILL) ergab, dass die übliche Verwendung von Konservierungsstoffen mit Formaldehyd wesentliche Eigenschaften, wie z.B. Wasserdiffusionsgeschwindigkeiten, verändert anstatt sie zu erhalten.

Die Abbildung von Zellwasser im Hirn ist wesentlich bei postmortalen Analysen verschiedener Gehirnerkrankungen wie Tumoren und Multipler Sklerose in Bezug auf frühere Diagnosen und Behandlungsmöglichkeiten. Diese Ergebnisse legen die Notwendigkeit nahe, bestehende Forschungen auf diesem Gebiet zu überprüfen.

Diese Ergebnisse sind die erste Stufe in der wegweisenden Verwendung von Neutronen durch ein Forscherteam, um die Bewegung von Zellwasser in Gehirngewebe in bisher nicht gekannten Details zu verstehen.

Die Bewegungsanalysen bilden die physikalische Grundlage der Diffusionsmagnet-resonanztomografie (dMRT – englisch dMRI = diffusion magnetic resonance imaging) und der Diagnose verschiedener Gehirnerkrankungen. Diese ersten Ergebnisse zeigen, dass Neutronen die Effekte der biologischen Prozesse auf einer 10.000-mal kleineren Skala als dMRT „sehen“ können. Künftig werden Neutronen am ILL dazu dienen, die Zellwasserdynamik in Ex-vivo-Proben von krankem Gehirngewebe mit bisher unerreichter Auflösung zu analysieren, was Ärzten helfen kann, erste Anzeichen dieser Krankheiten zu entdecken und Behandlungsmöglichkeiten zu prüfen.

Zellwasser ist ein wesentlicher Bestandteil unseres Körpers und sein Anteil kann in Gehirnregionen je nach ihrer spezifischen Zusammensetzung variieren. Wasser spielt eine Schlüsselrolle in der Zellregulierung und seine Verteilung und Bewegung ist ein genauer Indikator der Zellstruktur, da es mit verschiedenen Gewebekomponenten wie z.B. Membranen und Nervenfasern eine Wechselwirkung eingeht.

Die dMRT und andere bildgebende Verfahren nutzen Wasserdiffusion als Kontrastmittel zur Entdeckung und Charakterisierung verschiedener Gehirnerkrankungen (z.B. Ischämiesyndrom, Tumoren und – erst kürzlich – erbliche Prionkrankheiten) im Mikrometerbereich (100-fach kleiner als ein menschliches Haar). Auf dieser Skala kann jedoch der Beitrag der makromolekularen Komponenten nicht getrennt werden, sondern es wird über sie gemittelt.

Weil die erreichbare Auflösung bildgebender Standardverfahren zur Erkennung erster Anzeichen von Gehirnerkrankungen begrenzt ist, verwendete man zunehmend Konservierungsverfahren zur Untersuchung krankhafter Zustände in Ex-vivo-Proben. Jedoch beeinträchtigten Bedenken hinsichtlich des Einflusses dieser Konservierungsprozesse auf die grundlegenden Struktur- und Zusammensetzungseigenschaften der Gewebe das Vertrauen in diese Forschungsrichtung.

Um diese Bedenken auszuräumen, verglich Dr. Francesca Natali vom italienischen CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) in Zusammenarbeit mit Dr. Yuri Gerelli, Wissenschaftler am Institut Laue-Langevin (ILL), dem weltweit führenden Zentrum für Neutronenforschung, Prof. J. Peters von der französischen Universität J. Fourier in Grenoble (UJF) und Dr. Calogero Stelletta von der Universität Padua (Italien) das Verhalten von Zellwasser in Ex-vivo-Rindergewebe. Es handelte sich dabei um Zellwasser, das mit zwei üblichen Verfahren konserviert wurde, nämlich durch chemische Fixierung mit Formaldehydlösungen und Kryokonservierung durch Kühlung von Zellen oder ganzen Gewebestücken unterhalb des Gefrierpunkts.

Rindergehirne wurden unmittelbar nach dem Tod des Tieres von einem italienischen Schlachthaus bezogen und mit verschiedenen Verfahren konserviert. Dann wurden die Proben mit quasi-elastischer Neutronenstreuung (QENS) am hochauflösenden IN5-Spektrometer des Institut Laue-Langevin (ILL) untersucht.

Neutronen sind sehr gut geeignet zur Untersuchung biologischen Materials auf atomarer Größen-skala, denn da sie keine Strahlenschäden verursachen, können sie sehr genau jede zeitliche Änderung in den Proben aufzeichnen.

Bei den Analysen fanden Dr. Francesca Natali und ihre Kollegen eine signifikante Verringerung der Wasserbewegung als Folge der Einbringung von Konservierungslösungen auf Formaldehydbasis, möglicherweise aufgrund der Bildung von Verbindungen zwischen Proteinen. In diesen könnte freies Wasser eingefangen und so seine Beweglichkeit verringert worden sein. Ein solcher Effekt wurde bei Proben unter Kryokonservierung nicht beobachtet.

Neben diesen Befunden zeigten die Untersuchungsergebnisse auch erstmals die Leistungsfähigkeit von Neutronen bei der Modellierung der Zellwasserdiffusion in Gehirngewebe. Dieses neue Verfahren könnte dMRT-Spezialisten dabei unterstützen, die Grenzen heutiger bildgebender Verfahren zu verschieben bis hin zur Verbesserung von Diagnosen und zur Untersuchung von Behandlungsmöglichkeiten bei Gehirnerkrankungen.

In einer separaten Studie untersuchte dasselbe Team, wie die Bewegung und Verteilung von Zell-wasser in Gehirngewebe durch Myelin beeinflusst wird, einem Schutzschichten bildenden elektrischen Isolator, bekannt als Hülle um Gehirnzellen-Axonen. Myelin ist verantwortlich für die Beschleunigung elektrischer Impulse auf ihrem Weg entlang Gewebefasern g, und viele neurodegenerative Autoimmunerkrankungen wie Multiple Sklerose sind die Folge seiner Degradation. Mit dem neuen Verständnis der Auswirkungen von Konservierungsverfahren kann das Team mittels Neutronenstreuung die Untersuchung der Bedingungen auf einer atomaren Größenskala beginnen, die zu diesen Autoimmunerkrankungen führen, sowie ihrer Behandlungsmöglichkeiten.

Zitat:
Dr. Francesca Natali: „Dies ist der erste Hinweis, dass Wasserdiffusion, ein Schlüsselprozess in der Verfolgung und Diagnose von Gehirnerkrankungen, ganz wesentlich von üblichen Konservierungs-verfahren für Gewebeproben beeinflusst wird. Beim Vergleich von MRT-Daten von In-vivo- mit Ex-vivo-Gewebeproben müssen diese Änderungen der dynamischen und strukturellen Eigenschaften berücksichtigt werden. Wir untersuchen am ILL, wie diese Bewegung von Zellwasser mit der Entstehung von Tumoren, Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen wie Multiple Sklerose in Ex-vivo-Proben zusammenhängt. Die Befunde sind enorm wichtig, um die Verlässlichkeit unserer Ergebnisse zu verbessern.“

Pressekontakt:
In England: James Romero +44 845 680 1866 – james@proofcommunication.com
In Deutschland: Arno Laxy +49 89 15 92 96 76 – ill@sympra.de

Anmerkungen für Redaktionen
1. Über das Institut Laue-Langevin (ILL) – Das Institut Laue-Langevin (ILL) ist ein internationales Forschungszentrum im französischen Grenoble. Seit den ersten Experimenten im Jahr 1972 ist es führend auf dem Gebiet der Neutronenstreuungsforschung und -technologie. Das ILL betreibt eine der stärksten Neutronenquellen der Welt, von der Neutronenstrahlen zu 40 hochkomplexen Instrumenten geleitet werden, die ständig modernisiert und verbessert werden. Jährlich besuchen 1.200 Wissenschaftler aus mehr als 40 Ländern das ILL, um Forschungsarbeiten auf den Gebieten Physik der kondensierten Materie, (grüne) Chemie, Biologie, Kern- und Teilchenphysik sowie Materialwissenschaft durchzuführen. Deutschland, Frankreich und Großbritannien sind Partner und Hauptgeldgeber des ILL.

Arno Laxy Sympra GmbH | idw
Weitere Informationen:
http://www.ill.eu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Entschlüsselung von Kommunikationswegen zwischen Tumor- und Immunzellen beim Eierstockkrebs
06.12.2016 | Wilhelm Sander-Stiftung

nachricht Tempo-Daten für das „Navi“ im Kopf
06.12.2016 | Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e.V. (DZNE)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie