PSI-Forschende zeigen Synapsen mit neuer Röntgentechnik in 3D
Ein Schweizer Forschungsteam hat Synapsen im Mäusehirn mit Röntgenlicht in bisher unerreichter Detailgenauigkeit sichtbar gemacht.
Ein Schweizer Forschungsteam hat mit Röntgenlicht Synapsen eines Mäusehirns in bisher mit dieser Methode unerreichter Detailgenauigkeit sichtbar gemacht. Künftig könnte die Technik dazu beitragen, schneller zu erforschen, wie Neuronen miteinander verschaltet sind.
Die Art und Weise, wie diese Neuronen durch Synapsen miteinander verbunden sind, bestimmt die Funktionsweise des Gehirns, wie das Paul Scherrer Institut (PSI) in einer Mitteilung vom Montag betonte. Diese Verschaltungen spielen auch bei Krankheiten wie Alzheimer eine wichtige Rolle.
In einem Kubikmillimeter Gehirngewebe befinden sich rund 100'000 Neuronen, die durch etwa 700 Millionen Synapsen und vier Kilometer «Verkabelung» miteinander verbunden sind – entsprechend kompliziert ist ihre Untersuchung.
Bisher verwenden Forscherinnen und Forscher für solche Messungen die sogenannte Volumenelektronenmikroskopie. Da Elektronen nicht tief ins Gewebe eindringen können, müssen Forscherinnen und Forscher das Gehirngewebe dafür in zehntausende ultradünne Scheiben schneiden und anschliessend digital zusammensetzen.
Forschungsteam entwickelt 3D-Bildgebung mit Röntgenlicht
Im Fachblatt «Nature Methods» stellte das PSI-Forschungsteam nun eine neue Methode vor, die stattdessen auf Röntgenlicht basiert. Dieses kann tiefer ins Gewebe eindringen und erlaubt so eine dreidimensionale Abbildung mit deutlich weniger Schnitten.
Dafür mussten die Forschenden ein zentrales Problem lösen: Um biologisches Gewebe im Röntgenlicht sichtbar zu machen, werden Schwermetalle eingesetzt, die jedoch so viele Strahlen absorbieren, dass sich die Probe verformt. Das Team setzte deshalb ein besonders strahlenresistentes Epoxidharz ein, kühlte die Proben auf -178 Grad Celsius und korrigierte verbliebene Verformungen rechnerisch.
Mäusegewebe mit nanometergenauer 3D-Darstellung
Mit diesem Ansatz konnten sie Gewebeproben aus dem Gehirn einer Maus mit einer Dicke von rund zehn Mikrometern in einer Auflösung von 38 Nanometern dreidimensional darstellen.
Die Forschenden betonen jedoch, dass die gewonnenen biologischen Informationen nicht über das hinausgehen, was moderne Elektronenmikroskopie bereits liefert – der Fortschritt liege in der schonenderen und dreidimensionalen Bildgebung.
Ein zehn Mikrometer dickes Stück Gehirngewebe möge winzig erscheinen, sei aber bereits um Grössenordnungen dicker als die Schnittpräparate, die mit dem Elektronenmikroskop untersucht werden. Die Aufnahmen erfolgen durch die Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS)am PSI.
