Video der Woche: Durchblicktes Hirn

Es ist und bleibt das geheimnisvollste aller Organe: das Gehirn. Wie aus den komplexen Verschaltungen von Nervenzellen die faszinierenden Funktionen des Gehirns entstehen, ist noch weitgehend unklar. Nun haben US-Forscher eine bahnbrechende Technik entwickelt, die der Hirnforschung einen Schub verpassen könnte: Durch eine spezielle Präparationsmethode ist es ihnen gelungen, die Fettbestandteile des Gehirns zu beseitigen und damit einen dreidimensionalen Blick auf den Feinbau des Nervengewebes zu eröffnen. Auf diese Weise lassen sich die strukturellen Grundlagen von Erkrankungen wie beispielsweise Autismus untersuchen, sagen die Wissenschaftler.
Das Video nimmt den Zuschauer mit auf eine Reise durch ein Mäusegehirn, das Kwanghun Chung von der Stanford University und seine Kollegen mittels der neuen Technik von den sichtbehindernden Fettbestandteilen befreit haben. Es zeigt bis auf die Ebene einzelner Zellen, wie die Nervenstrukturen in den unterschiedlichen Regionen des Gehirns miteinander vernetzt sind.



Das neue Verfahren ermöglicht auch, bestimmte Substanzen im Gehirn zu markieren und damit deren dreidimensionale Verteilung zu bestimmen, sagen die Forscher. Bislang ist die Untersuchung des Feinbaus von Hirnstrukturen sehr aufwendig: Für Analysen müssen extrem dünne Schichten von präpariertem Nervengewebe abgehobelt werden, die dann allerdings nur zweidimensionale Einblicke ermöglichen.

Die Wissenschaftler haben die neue Technik auch bereits an menschlichen Hirnstrukturen getestet. Es handelte sich um Nervengewebe von einem verstorben Kind, das an Autismus litt. Diese Untersuchungen offenbarten bereits einschlägige Auffälligkeiten: Einige Nerven bilden leiterartige Strukturen aus - sie formen abnormale Quer-Verbindungen zu anderen Nerven oder den eigenen Fortsätzen. Diese ungewöhnliche Eigenschaft zeichnet auch die Nerven von Versuchstieren aus, die an autismusähnlichen Störungen leiden, hatten frühere Studien bereits gezeigt.

Wie macht man Hirnstrukturen transparent?

Was bisher die freie Sicht auf die Nervenzellen blockierte, war Fett, erklären die Forscher: Lipide sind ein fester Bestandteil aller Zellmembranen des Körpers und machen Gewebe undurchsichtig. Um sie zu beseitigen, ohne die gesamte Struktur der Zellen zu zerstören, infiltrieren die Forscher das Hirngewebe mit einem ausgeklügelten Substanz-Cocktail, der nach Erhitzen ein sogenanntes Hydrogel bildet. Es formt im Gewebe eine Gerüstsubstanz, die alle Bestandteile der Zellen an ihrem Platz fixiert. Durch ein spezielles elektrochemisches Verfahren können die Lipide dann gesondert eliminiert werden, und die Zellmembranen werden schließlich lichtdurchlässig. Außerdem lassen sie nun auch Substanzen passieren, mit denen Forscher bestimmte Bestandteile des Zellinneren gezielt markieren können.

Die Wissenschaftler tauften ihr neues Verfahren bezeichnenderweise „CLARITY (Klarheit)“. Neben dem Einsatz in der Hirnforschung sei es prinzipiell auch geeignet, um andere Strukturen im menschlichen Körper buchstäblich aufzuklären, sagen Chung und seine Kollegen. Denn Lipide versperren in vielen Geweben den Blick auf spannende Details. „CLARITY kann uns nun helfen, die komplexen Zugammenhänge biologischer Systeme besser zu verstehen“, resümiert Co-Autor Karl Deisseroth von der Stanford University.
Kwanghun Chung (Stanford University) et al.: Nature, doi:10.1038/nature12107

© wissenschaft.de - Martin Vieweg


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