Neuer Calcium-Sensor verbessert die Bildgebung von Nervenzellen

Heller, stabiler und mit anderen Methoden kompatibel: PinkyCaMP ist ein neuer Calcium-Sensor, der die Bildgebung von Nervenzellen verbessert und damit neue experimentelle Möglichkeiten eröffnet.

Ein Forschungsteam der Universität zu Köln hat gemeinsam mit Forschenden der Universität Tokio (Japan) einen Calcium-Sensor entwickelt, der die Aktivität von Nervenzellen im Gehirn von Mäusen besser darstellen kann als bisherige Sensoren. Der Sensor – PinkyCaMP – kombiniert erstmals die Vorteile roter und grüner Calcium-Sensoren: Er ist deutlich heller als bisherige rote Varianten und ermöglicht gleichzeitig tiefere Einblicke in das Gehirn. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Nature Methods“ veröffentlicht.

Heller und photostabiler als bisherige Sensoren

Calcium-Sensoren leuchten auf, wenn Nervenzellen aktiv sind, und erlauben so, neuronale Netzwerke in Echtzeit zu beobachten. Besonders rot fluoreszierende Sensoren gelten als vielversprechend. Im Vergleich zu grünen Sensoren ermöglichen sie tiefere Einblicke in Gewebe und lassen sich gut mit anderen optischen Methoden kombinieren.

Bislang waren diese jedoch deutlich eingeschränkt. Neben der geringeren Helligkeit im Vergleich zu grün fluoreszierenden Varianten sind sie anfällig für lichtinduzierte Artefakte. Dadurch stoßen insbesondere moderne experimentelle Ansätze, etwa die Kombination mit optogenetischen Verfahren oder Multicolor-Imaging, an ihre Grenzen.

Das könnte sich nun ändern. Mit PinkyCaMP ist der bislang hellste und photostabilste rot fluoreszierende Calcium-Sensor verfügbar. Der neue Sensor basiert dabei auf dem Fluoreszenzprotein mScarlet, aus dem bisher kein Biosensor entwickelt werden konnte. PinkyCaMP ist deutlich heller als bisherige rote Sensoren und liefert ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis, ein Maß für die Qualität des Messsignals. Dadurch ermöglicht er zuverlässige Messungen selbst unter schwierigen Bedingungen und stabile Langzeitaufnahmen neuronaler Aktivität – sowohl in vitro als auch in vivo. Gleichzeitig zeigt er keine lichtinduzierten Artefakte, was ein entscheidender Vorteil für viele moderne Anwendungen ist.

PinkyCaMP: vielseitig und kompatibel

Damit eröffnet PinkyCaMP neue experimentelle Möglichkeiten. Der Sensor lässt sich mit optogenetischen Methoden und anderen fluoreszierenden Biosensoren kombinieren und eignet sich für Mehrfarben-Experimente. So lassen sich komplexe Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zelltypen und neuronalen Netzwerken besser analysieren.

„PinkyCaMP wird von Nervenzellen gut vertragen und zeigt selbst langfristig keine schädlichen Effekte. Auch in dieser Hinsicht ist der Sensor daher ein Fortschritt“, so Prof. Olivia Masseck vom Institut für Zoologie der Universität zu Köln, unter deren Leitung der neue Sensor entwickelt wurde. „PinkyCaMP ist vielseitig einsetzbar und kompatibel mit einer breiten Palette moderner bildgebender Verfahren, von Fiber-Photometrie über Miniscope-Imaging bis hin zur Zwei-Photonen-Mikroskopie in wachen und frei beweglichen Tieren.“

Die Entwicklung wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.