3D-Darstellung der Nerven im gesamten Gehirn

Erstmals ist gelungen, detaillierte dreidimensionale Bilder des Gehirns zu erstellen, die bis hinunter zu einzelnen Nervenzellen mit ihren Zellkörpern und zu den weit verzweigten Fortsätzen reichen.

Eine neue Untersuchungsmethode von Forschern der Technischen Universität Wien stellt eine Weiterentwicklung der zweidimensionalen anatomischen Präparate dar, auf die man bei Nervenzellen bisher angewiesen war.

„Die Innovation des Ansatzes besteht darin, dass wir makroskopische Präparate durchsichtig machen und sie mit mikroskopischen Methoden untersuchen“, so Hans-Ulrich Dodt, Leiter der Abteilung Bioelektronik am Institut für Festkörperelektronik, im pressetext-Interview. Dodts Team stellte bisher auf diese Weise ein komplette Mäusegehirn dar.

Die Methode beruht darauf, das Präparat zunächst durchsichtig zu machen. Dazu durchtränkt man das zu untersuchende Gewebe mit Öl, wodurch die unterschiedliche Brechkraft von Zellwänden und Zwischenräumen ausgeglichen wird. „Es ist so, als wenn ein Löschpapier durch einen Fetttropfen transparent wird“, beschreibt Dodt. Die Nervenzellen werden durch Quallenproteine grün markiert und fluoreszieren unter blauem Licht.

Während das Gewebe langsam durch das Mikroskop gezogen wird, beleuchten es Laser von der Seite. Gleichzeitig fängt eine lichtempfindliche Kamera von oben ständig optische Schichtbilder ein, die vom Computer zu einem räumlichen Bild zusammengesetzt werden. Innerhalb von 20 Minuten kann so vollautomatisch ein komplettes Mäusegehirn mit einer Auflösung von einem halben Mikrometer abgebildet werden.

Bisher war man für dreidimensionale Darstellung dieser Materie auf aufwändigere Methoden angewiesen, etwa auf die Verwendung des Mikrotoms, mit dem zuerst feinste Gewebeschnitte hergestellt werden, ehe man deren Mikroskop-Aufnahmen zusammensetzt. Die neue bildgebende Untersuchungsform ermöglicht erstmals auch die gleichzeitige Darstellung der dreidimensionalen Struktur vieler Spines-Fortsätze der Nervenzellen, die sich beim Lernvorgang verändern. „Die Technik beruht auf zwei lange bekannten Verfahren, der Ultramikroskopie und der Transparentmachung von Präparaten. Neu ist die Kombination dieser Techniken unter Einbezug des Laserlichts“, so der Wiener Hirnforscher.

Möglichkeiten für den medizinischen Einsatz dieser Methode gibt es laut Dodt mehrere. Derzeit laufen Versuche mit Alzheimer-Zuchtmäusen, deren Plaques-Ablagerungen im Zentralnervensystem man näher untersuchen und daraus Rückschlüsse auf Vorgänge im Krankheitsverlauf beim Menschen erhalten will. „Darüber hinaus wollen wir die markhaltigen Fasern der Multiplen Sklerose oder ausgewachsene Nervenzellen bei Rückenmark-Läsionen darstellen.“ Auch Tumorzellen, die bei Operationen entfernt werden, könnten somit dreidimensional abgebildet werden, selbst für die Untersuchung von Präparaten menschlicher Gehirne hält Dodt die Methode für geeignet. „Allerdings funktioniert sie nicht bei lebenden Organismen, da sie auf der Durchtränkung mit Öl beruht“, so Dodt abschließend zu pressetext.