Nanoskalige In-vivo-Bildgebung des Gehirns

Die Fluoreszenzmikroskopie ist ein äußerst starkes Werkzeug, das es den Wissenschaftlern erlaubt, die Dynamik biologischer Prozesse in vivo mit molekularer Genauigkeit zu untersuchen. Viele wichtige zelluläre und subzelluläre Strukturen (wie Synapsen und Dornen im Gehirn) sind mit herkömmlichen Fluoreszenztechniken nicht auflösbar.


Wie sich herausstellt, kann die so genannte Diffraktionsgrenze von Fernfeldlichtmikroskopen (linsenbasiert) für eine nanoskalige Auflösung überwunden werden. In der Vergangenheit war die Anwendbarkeit dieser Methoden jedoch durch die ungenügende Bildqualität tief in lebendem Gewebe beschränkt. Das EU-finanzierte Projekt "Intravital optical super-resolution imaging in the brain" (BRAIN STED) entwickelte eine neue Strategie für die Fluoreszenzbildgebung nanoskaliger Strukturen und Dynamiken von lebenden Zellen und Gewebe, insbesondere im Gehirn.


Das von den Wissenschaftlern von BRAIN STED entwickelte superauflösende Mikroskop wurde an lebenden Zellkulturmustern geprüft. Es zeigte eine konkurrenzfähige Auflösung, eine hohe Bildqualität und die Fähigkeit einer wiederholten Bildgebung (zum Vergleich von Gewebeveränderungen nach experimentellen Manipulationen). Bei der Prüfung an Nervenzellen in gezüchtetem Gehirngewebe und nach der Kompensation für Abbildungsfehler erzeugte die Technik hochauflösende Bilder von Neuronen tief im Gewebe. Besonders hervorzuheben ist, dass dabei die Dekodierung der komplexen dreidimensionalen Struktur von Neuronen in lebenden Gewebemustern ermöglicht wird.


Da das Auflösungsvermögen nicht durch die Diffraktionsgrenze beschränkt ist, ebnet die Technologie den Weg zur Beobachtung der Gehirnfunktionen und nanoskaligen Strukturen – auch bei lebenden Tieren. In der Zukunft wird sie ggf. zur In-vivo-Nanoskopie in ein Miniaturbildgebungsgerät integriert. Die Technologie wird wahrscheinlich Licht auf die molekularen Mechanismen im Hinblick auf Lernen und Gedächtnis werfen. Verallgemeinert lässt sich sagen, dass sie entscheidenden Verbindungen zwischen Strukturen und Funktionen in tatsächlich allen Zellen und Geweben im Körper bei Gesundheit und Krankheit aufdecken könnte. Darüber hinaus wird die Technologie der Superresolution die EU an die Spitze eines wichtigen globalen Marktsektors setzen.