Erster Nano-Blick in das lebende Gehirn gelungen

Zugang zum Gehirn bot den Wissenschaftlern ein kleines, in den Schädel einer Maus eingesetztes Glasfenster. Dadurch konnten sie noch Strukturen von bis zu 70 Nanometer scharf abbilden – das ist fünf- bis zehn-mal kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts.

Bisher sei die Beobachtung von so kleinen Strukturen an lebenden höheren Tieren kaum möglich gewesen. Mit- hilfe der STED-Mikroskopie sei dies nun erstmals gelungen, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin „Science“.

Bisher mussten Forscher Nerven oder Gehirnbereiche herauspräparieren, um sie hoch aufgelöst abbilden zu können. Am lebenden Tier ließen sich zwar mittels leuchtender Markermoleküle gröbere Strukturen beobachten, nicht aber Veränderungen von nur wenigen Nanometern Größe. Dies ist nun Forschern vom Max-Planck-Instititut für biophysikalische Chemie in Göttingen gelungen.

Für ihre Studie entwickelten sie eine spezielle Form des sogenannten Stimulated Emission Depletion (STED)-Mikroskops.

Dieses 1994 vom Max-Planck-Forscher Stefan Hell erfundene Mikroskop sendet zwei außerordentlich fokussierte Laserstrahlen aus, die Markermoleküle nur in einem extrem eng umrissenen Bereich zum Leuchten anregen. Dadurch lassen sich selbst Strukturen im Nanometerbereich noch scharf abbilden.

Um mit dem STED-Mikroskop in das Gehirn lebender Mäuse schauen zu können, versetzten die Forscher die Tiere in Vollnarkose und bohrten eine zwei Millimeter kleine Öffnung in deren Schädelknochen. Vorsichtig legten sie darin die Gehirnoberfläche frei und gaben etwas Fluoreszenzmarker darauf. Mit einer durchsichtigen Glasscheibe verschlossen die Wissenschaftler das Loch anschließend wieder und richteten das Objektiv des STED-Mikroskops so aus, dass es genau durch dieses Fenster ins Gehirn blickte.

Mit diesem Verfahren haben die Forscher Gehirnzellen in den obersten 600 Nanometern des Gehirns scharf abgebildet. Einzelne Ausläufer der Zellen, die sogenannten Dendriten, seien bis zu einer Größe von 70 Nanometern deutlich zu erkennen gewesen, berichten sie. Diese Ausläufer spielen eine wichtige Rolle für die Verbindung und Kommunikation der Gehirnzellen.

Die Wissenschaftler erstellten alle sieben bis acht Minuten ein solches STED-Bild und konnten so Veränderungen an den Gehirnzellen quasi in Echtzeit verfolgen. „Die Aufnahmen zeigen, dass sich die dendritischen Ausläufer bewegen und innerhalb von Minuten ihre Form ändern“, schreiben Sebastian Berning und seine Kollegen vom Max-Planck-Instititut. Das belege, dass sich auch im Gehirn erwachsener Tiere die Verbindungen zwischen den Gehirnzellen noch veränderten.

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