Mo, 18. Juni 2018

3D-Blick ins Gewebe

28.12.2011 12:14

Mikroskopiertechnik macht Rückenmark quasi durchsichtig

Zusammen mit deutschen Kollegen haben Wiener Forscher jetzt eine völlig neue Mikroskopiertechnik entwickelt, die Rückenmarksgewebe quasi durchsichtig macht. Damit lassen sich die Reaktion von Nerven auf Verletzungen und nachfolgende Regenerationsvorgänge besser beobachten, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt "Nature Medicine".

Das Projekt wurde größtenteils im Rahmen einer Kooperation der TU Wien mit dem Max-Planck-Institut für Neurobiologie in München durchgeführt. Auch Experten der MedUni Wien waren beteiligt. Der Ausgangspunkt: Nervenzellen können sich nach Rückenmarkverletzungen wieder regenerieren. Wie sie das tun, war bis dato schwer zu erforschen. Wollte man bisher ins Innere des Rückenmarks blicken, musste man Proben in feine Scheiben schneiden und sie nacheinander untersuchen.

An der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Wien wurde aber jetzt eine Methode entwickelt, die das Gewebe durchsichtig werden lässt. Dadurch sind tiefe Blicke in Struktur des Rückenmarks möglich, feinste Details (Bild) in der Größenordnung von Tausendstelmillimetern werden sichtbar.

Direkter Blick ins Gewebe möglich
"Schneidet man Gewebe in dünne Scheiben, können Zellen gequetscht oder verschoben werden. Die einzelnen Scheiben am Computer zu einem dreidimensionalen Bild zusammenzubauen ist daher oft kaum möglich", erklärte Nina Jährling vom Lehrstuhl für Bioelektronik am Institut für Festkörperelektronik der TU Wien. Sie arbeitet mit ihrem Kollegen Klaus Becker an Methoden, einen direkten Blick ins Gewebe zu ermöglichen. Dazu verwenden sie ein neues Ultramikroskop (Bild 2), das unter Leitung von Hans-Ulrich Dodt entwickelt wurde.

Nervengewebe besteht zu einem großen Teil aus Wasser und Proteinstrukturen. Beide lassen Licht durch, die unterschiedliche Lichtstreuung aber behindert die Klarsicht. Dodt: "Auch im Mäusegewebe, das wir untersuchen, haben Proteinstrukturen und Wasser einen unterschiedlichen optischen Brechungsindex." Ersetzt man das Wasser durch eine Flüssigkeit, die genau dieselben optischen Eigenschaften hat wie die Proteinstrukturen, können Lichtstrahlen auf geradem Weg durch das Gewebe gelangen, ohne abgelenkt oder gestreut zu werden. Das Gewebe wird quasi durchsichtig.

Mikroskop macht 3D-Bild möglich
Um dann im durchsichtigen Gewebe feine Strukturen erkennen zu können, werden die Proben mit einem Laserstrahl zum Fluoreszieren angeregt. Schicht für Schicht wird das Gewebe durchleuchtet, das helle Fluoreszieren der Proteinstrukturen wird durch ein Mikroskop abgebildet. Am Computer setzt man diese Schichtbilder dann zu einem dreidimensionalen Objekt zusammen. Entscheidend ist es dabei, Chemikalien mit genau den richtigen optischen Eigenschaften zu finden, und sie dann anstatt des Wassers ins Gewebe einzubringen.

Bei Rückenmarkgewebe - von Nagetieren - gelang dies mit dem Lösungsmittel Tetrahydrofuran. Damit konnten die Forscher nachverfolgen, wie sich nach künstlich gesetzten Rückenmark- bzw. Gehirnstammverletzungen, einzelne Nervenfortsätze (auch Axone genannt) verhalten und wie groß ihre Regenerationsfähigkeit ist. Das gelang auch dreidimensional. Dabei zeigte sich, dass die Nervenfortsätze durch das verletzte Areal hindurch wuchsen. Manche Axone, die man nicht für regenerationsfähig gehalten hatte, wiesen ebenfalls "Reparatur"-Vermögen auf.

Fotos: TU Wien

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