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 Nährstoffe aus Mikroalgen: eine umweltfreundliche Alternative zu Fisch
07.07.2020 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Nervenbahnen unter Strom
03.07.2020 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

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: Neue Methode führt zehnmal schneller zum Corona-Testergebnis

Forschende der Universität Bielefeld stellen beschleunigtes Verfahren vor

Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden – und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von...

Im Focus: Robuste Materialien in Schwingung versetzt

Kieler Physikteam beobachtet in Echtzeit extrem schnelle elektronische Änderungen in besonderer Materialklasse

In der Physik werden sie zurzeit intensiv erforscht, in der Elektronik könnten sie ganz neue Funktionen ermöglichen: Sogenannte topologische Materialien...

Im Focus: Excitation of robust materials

Kiel physics team observed extremely fast electronic changes in real time in a special material class

In physics, they are currently the subject of intensive research; in electronics, they could enable completely new functions. So-called topological materials...

Im Focus: Neues Verständnis der Defektbildung an Silizium-Elektroden

Theoretisch lässt sich das Speichervermögen von handelsüblichen Lithiumionen-Batterien noch vervielfachen – mit einer Elektrode, die auf Silizium anstatt auf Graphit basiert. Doch in der Praxis machen solche Akkus mit Silizium-Anoden nach wenigen Lade-Entlade-Zyklen schlapp. Ein internationales Team um Forscher des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung hat jetzt in einzigartiger Detailgenauigkeit beobachtet, wie sich die Defekte in der Anode ausbilden. Dabei entdeckten sie bislang unbekannte strukturelle Inhomogenitäten in der Grenzschicht zwischen Anode und Elektrolyt. Die Erkenntnisse sind in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ erschienen.

Silizium-basierte Anoden können in Lithium-Ionen-Akkus prinzipiell neunmal so viel Ladung speichern wie der üblicherweise verwendete Graphit, bei gleichem...

Im Focus: Ein neuer Weg zur superschnellen Bewegung von Flussschläuchen in Supraleitern entdeckt

Ein internationales Team von Wissenschaftern aus Österreich, Deutschland und der Ukraine hat ein neues supraleitendes System gefunden, in dem sich magnetische Flussquanten mit Geschwindigkeiten von 10-15 km/s bewegen können. Dies erschließt Untersuchungen der reichen Physik nichtlinearer kollektiver Systeme und macht einen Nb-C-Supraleiter zu einem idealen Materialkandidaten für Einzelphotonen-Detektoren. Die Ergebnisse sind in Nature Communications veröffentlicht.

Supraleitung ist ein physikalisches Phänomen, das bei niedrigen Temperaturen in vielen Materialien auftritt und das sich durch einen verschwindenden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz QuApps zeigt Status Quo der Quantentechnologie

02.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Social Learning in der Firma und virtuelle Seminarräume für Mitarbeiter

07.07.2020 | Seminare Workshops

„Maschinen-EKG“ soll Umwelt schonen

07.07.2020 | Maschinenbau

Erneuter Weltrekord für speedCIGS

07.07.2020 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics