Um zu verstehen, wie unser Gehirn funktioniert, erforschen Neurowissenschaftler seit Jahrzehnten, wie die Neuronen und andere Zellen im Gehirn aufgebaut und miteinander verknüpft sind. Dafür brauchen sie bildgebende Methoden, die eine detaillierte Kartierung des Hirngewebes ermöglichen. Mit der Zeit sind diese Techniken stetig verbessert und so immer raffinierter geworden. Doch selbst modernste Techniken wie die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) weisen noch keine ausreichende Auflösung auf, um die komplexen zellulären und molekularen Details des Gehirns zu verraten. Ein direkter Blick auf die Ursachen neuronaler Erkrankungen unter realen Bedingungen ist daher bislang nicht möglich. Stattdessen liefern bislang mehrere unabhängig voneinander durchgeführte Versuche mit aufwendig präparierten Gewebeproben ein eher vages Gesamtbild.
3D-Karte des Gehirns in drei Schritten
Ein Team aus Ingenieuren und Neurowissenschaftlern um Juhyuk Park vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat nun ein neues Verfahren entwickelt, das diese Hürden überwinden soll. Für ihre Neuroimaging-Technologie kombinierten sie drei Schritte in einer gemeinsamen Plattform. Zuerst wird darin das Hirngewebe automatisch in vergleichsweise „dicke“ Scheiben von wenigen Millimetern geschnitten. Die Schnitte sind dabei so hochpräzise, dass das dazwischenliegende Gewebe nicht beschädigt wird und sogar die Verbindungen zwischen einzelnen Zellen intakt bleiben, wie das Team berichtet. Möglich macht dies eine vibrierende Klinge, die das weiche Gewebe in seinem ursprünglichen Zustand schneiden kann, ohne dieses einzufrieren oder anderweitig vorab zu bearbeiten.
Anschließend werden diese Gewebeschnitte chemisch fixiert und mit einem speziellen Hydrogel so bearbeitet, dass die Scheiben zugleich lange haltbar, durchsichtig sowie elastisch und dehnbar werden. Das erleichtert den dritten und letzten Schritt der Plattform: schnell und viele Bilder von den einzelnen Hirnstrukturen zu erstellen. Das Hirngewebe wird dabei mittels dutzender Antikörper-Marker angefärbt und mit modernen Techniken durchleuchtet, um unterschiedliche Aspekte hervorzuheben. Computerbasierte Werkzeuge setzen diese Einzelaufnahmen dann zusammen und rekonstruieren daraus eine dreidimensionale Karte der ursprünglichen Gewebeprobe. Die Auflösung der Karte ist dabei so hoch, dass selbst einzelne Moleküle innerhalb der Hirnzellen sichtbar werden.
