Neuartige Methode macht Gehirn durchsichtig

Wissenschaftlern der Stanford Universität ist bei der Erforschung neuronaler Netzwerke eine großer Erfolg gelungen. Sie fanden einen Weg, das Gehirn nahezu durchsichtig zu machen. In Zukunft kann seine Funktionsweise, ohne es zerlegen zu müssen, untersucht werden.

Die Erforschung des Gehirns mit seinen komplexen Verschaltungen stellte für die Neurowissenschaften schon immer eine große Herausforderung dar. Eine Veränderung oder gar Zerstörung von Teilen des Gesamtsystems stellte in der Vergangenheit oft ein notwendiges Übel dar.

„Clarity“ tauften die Wissenschaftler den Prozess, bei dem das Gehirn fast vollständig transparent wird. Er vereint Ansätze der Neurowissenschaft und der Verfahrenstechnik.

„Clarity” verspricht eine Revolution unserer Vorstellung davon, wie lokale und globale Änderungen der Gehirnstruktur und unser Verhalten zusammenhängen, sagte Paul Frankland, PhD aus Toronto, in den Stanford News. Außerdem kann untersucht werden, wie Krankheiten das Gehirn verändern.

Die Experimente wurden hauptsächlich an Mausgehirnen durchgeführt, aber auch Tests an Zebrafischhirnen und konservierten Menschenhirnen zeigten ähnlich erfolgreiche Resultate.

Das zeigt uns mögliche Richtungen für zukünftige Anwendungen am menschlichen Gehirnproben und denen anderer Organismen auf.   

 Der Durchbruch

Die nahezu völlige Transparenz von Gehirngewebe erlaubt den Wissenschaftlern unter der Leitung von Karl Deisseroth, die Entnahme von chemischen Komponenten während die wichtigsten Funktionen noch vorhanden sind.

Dadurch können undurchsichtige Flüssigkeiten, wie Lipide, dem Gehirn entzogen werden, wodurch es für Chemikalien und Licht durchlässig wird. Dazu muss das Gehirn in Hydrogel, eine Art Monomerlösung, eingetaucht werden, damit die Struktur bewahrt wird, wenn die Flüssigkeiten entzogen werden.

Was übrig bleibt ist die originale dreidimensionale Struktur die nun aber durchsichtig ist und mit verschiedenen Chemikalien untersucht werden kann. Die ursprüngliche Methode der Gewebepräparation und Flüssigkeitsentnahme führte zum Zerfall des behandelten Gewebes.

Dieser neue Ansatz ändert die Art, wie wir das Gehirn untersuchen können, von Grund auf. Früher mussten wir es scheibchenweise zerlegen, jetzt aber können wir seine Makromoleküle direkt in 3-D sehen.  

Die Untersuchung intakter Systeme mit dieser hohen molekularen Auflösung in seiner Gesamtheit – in der Lage zu sein, das kleinste Detail und das gesamte System zugleich betrachten zu können – war eines der großen unerreichten Ziele der Biologie, ein Ziel, auf das Clarity tatsächlich zusteuert“, sagte Deisseroth in der wissenschaftlichen Veröffentlichung.

Neue Ufer

Mit Clarity können nicht nur neuronale Verbindungen im Gehirn gefunden werden. Auch auf molekularer Ebene sollen Informationen über die Zellfunktionen gewonnen werden.

Ein weiterer wichtiger Teil des Durchbruchs ist, dass nun fluoreszierende Antikörper in das Gewebe injiziert werden können, die sich nur an bestimmte Proteine heften, wodurch bestimmte Regionen im Gehirn zum Leuchten angeregt werden können. Die Forscher sind ebenfalls in der Lage, solche Stoffe wieder auszuspülen und den Prozess mit anderen fluoreszierenden Antikörpern zu wiederholen, um verschiedene molekulare Zielregionen desselben Hirns sehen zu können.

Clarity kann auf jedes biologische System anwendbar sein und es wird interessant sein zu sehen, wie andere Zweige der Biologie es zur Anwendung bringen.