Gehirnaktivität live verfolgen

Wissenschaftlern vom Helmholtz Zentrum München und der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, ein Mikroskop zu entwickeln, das es erstmals erlaubt, neuronale Aktivitäten des Modellorganismus Zebrafisch zu beobachten, während dieser sich frei bewegt.

Einem Wissenschaftlerteam vom Helmholtz Zentrum München und der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, ein völlig neuartiges Mikroskop zu entwickeln. Der sogenannte NeuBtracker ist ein Open Source-Mikroskop, das es erstmals erlaubt, natürliches Verhalten und zeitgleich die Aktivität der Nervenzellen im Gehirn zu verfolgen.

NeuBtracker ist mit zwei Kameras ausgestattet, von der die eine die völlig unbeeinflusste und freie Bewegung einer Zebrafischlarve verfolgt, während die andere automatisch auf den durchsichtigen Kopf und damit das Gehirn gerichtet bleibt und Fluoreszenzbilder aufnimmt. „Auf diese Art ist es möglich, die Nervenaktivität während des natürlichen Bewegungsverhaltens zu beobachten. Die Larve wird zusätzlich verschiedenen Umweltbedingungen ausgesetzt, sodass wir die Reaktionen darauf sofort analysieren können“, sagte Prof. Gil Gregor Westmeyer von den Instituten für Biologische und Medizinische Bildgebung (IBMI) und Entwicklungsgenetik (IDG) am Helmholtz Zentrum München, sowie der Nuklearmedizinischen Klinik und Munich School of Bioengineering (MSB) der Technischen Universität München (TUM).

Unter Zusatz von Stoffen, die zum Beispiel den Metabolismus beeinflussen, können dann die dadurch hervorgerufenen, neuronalen Ereignisse im Gehirn in vivo beobachtet werden. „Wir können nun endlich simultan die Auswirkungen von physiologisch wirksamen Stoffen auf das Verhalten und die Gehirnaktivität beobachten“, erklärte Panagiotis Symvoulidis vom Helmholtz Zentrum München und der TUM und Erstautor der Studie. „Durch die selektive Expression von fluoreszierenden Sensorproteinen erkennen wir die Aktivität bestimmter Nervenzellen“. „Somit sehen wir im Gehirn exakt, welche Gehirnbereiche während eines gewissen Verhaltens aktiv sind“, ergänzte Dr. Antonella Lauri aus dem Team von Westmeyer.

Ein Mikroskop zum Nachbauen

Das neue Mikroskop ist ein sogenanntes Open-Source-Mikroskop. Das bedeutet, dass es eine genaue Anleitung zum Nachbau im Web (www.neubtracker.org) gibt, auf die jeder zugreifen kann. „Wir wollten unseren wissenschaftlichen Kollegen die Möglichkeit geben, NeuBtracker nachzubauen, denn auf solch ein Gerät haben wir schon seit Jahren gewartet“, erklärte Westmeyer. „Endlich ist es möglich, die Wirkung von Medikamenten auf das Verhalten zeitgleich mit der neuronalen Aktivität oder anderen Signalprozessen über einen gesamten Organismus hinweg live zu sehen. Dieser systemische Ansatz ermöglicht uns ganz neue Erkenntnisse. Wir hoffen, diesen zukünftig auch auf den Gebieten der Wirkstoff- und Stoffwechselforschung erfolgreich einsetzen zu können“, so Westmeyer.

Unterstützt wurde das interdisziplinäre Projekt, an dem auch das Institute of Neuroscience und der Lehrstuhl für Computer Aided Medical Procedures & Augmented Reality sowie die Munich School of Bioengineering (MSB) der TUM beteiligt waren, durch die Helmholtz Allianz „Visualisierung und Therapie Umweltbedingter Stoffwechselerkrankungen“ (ICEMED) und den ERC Starting Grant an Westmeyer.

Literatur:
Quelle
Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt
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