Scharfe Bilder aus dem Mäusehirn

Zum ersten Mal haben Forscher extrem scharfe Live-Bilder aus dem Gehirn einer lebenden Maus aufgenommen. Dabei konnten sie beobachten, was sich in den feinen Verästelungen der Nervenzellen tut. Das Team um Prof. Stefan Hell nutzte das von ihm entwickelte STED-Lichtmikroskop, das Strukturen mit einer Auflösung unter 70 Nanometern sichtbar macht – rund 1000 Mal feiner als ein Haar. „Der Blick direkt in den Organismus öffnet eine neue Tür in der Neurologie und kann Erkenntnisse über Krankheiten wie Alzheimer, Autismus oder Parkinson liefern“, sagte Hell der Nachrichtenagentur dpa. Es gehe darum, grundlegende molekulare Vorgänge im Gehirn zu entschlüsseln.

Das Team vom Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie veröffentlichte seine Arbeit im Fachmagazin „Science“ von diesem Freitag. Prof. Leo Peichl vom Frankfurter Max-Planck-Institut für Hirnforschung lobte die Technik. „Das ist eine sehr interessante Verbesserung für die biologische Forschung. Das wird die Wissenschaft enorm weiterbringen“, sagte er auf Anfrage der dpa.

In lebende Zellen vordringen

Der 49-jährige Hell hat für sein neuartiges Lichtmikroskop bereits etliche renommierte Auszeichnungen erhalten, darunter den Deutschen Zukunftspreis und den Körber-Preis. Die Technik ermöglicht es erstmals, in die molekularen Strukturen von lebenden Zellen vorzudringen – mit üblichen Lichtmikroskopen war dies unmöglich. Und mit Elektronenmikroskopen lassen sich nur präparierte, tote Zellen untersuchen.

Hell gelang es, eine von Wissenschaftlern für praktisch unüberwindbar gehaltene Grenze zu sprengen. Der Physiker Ernst Abbe erkannte 1873, dass Objekte, die enger als 200 Nanometer beieinander liegen, nicht voneinander getrennt abgebildet werden können. Doch mit Hilfe von fluoreszierenden Molekülen hebelte Hell dieses Gesetz aus. Eng benachbarte Details werden dabei zeitweise dunkel gehalten, so dass sie nicht gleichzeitig, sondern nacheinander aufleuchten und daher unterschieden werden können. Auch andere bildgebende Verfahren in der Hirnforschung konnten Hell zufolge bisher nicht diese Detailtreue erreichen.

Überraschendes offenbart

Um in das Gehirn von lebenden Organismen zu schauen, nahmen die Forscher gentechnisch veränderte Mäuse, die in ihren Nervenzellen große Mengen eines gelb fluoreszierenden Proteins herstellen. Während der Aufnahmen waren die Nager betäubt und ihre Körpertemperatur, Atmung, Blutsättigung und Herzfunktion wurden kontrolliert. Die Bilder im Abstand von sieben bis acht Minuten offenbarten den Wissenschaftlern Überraschendes: Die winzigen Dornfortsätze an den Synapsen (Kontaktstellen) der Nervenzellen aus der oberen Hirnschicht können sich bewegen und ihre Form ändern.

„Ich bin Physiker. Ich habe das Verfahren entwickelt, aber es hat wahrscheinlich einen großen Nutzen, weil es neue Sichtweisen bietet“, sagte der Wissenschaftler. So könnten zukünftig zum Beispiel bestimmte Proteine eingefärbt werden, die bei Krankheiten wie Parkinson eine zentrale Rolle spielen. Die superscharfen Bilder ermöglichen beispielsweise Erkenntnisse darüber, wie diese Proteine an den Synapsen verteilt sind.

Hell betonte: „Es geht auch um grundlegende Fragen: Wie funktioniert Gedächtnis? Wie werden Informationen gespeichert?“ Nicht nur in den Lebenswissenschaften, auch auf ganz anderen Gebieten wie in der Festkörperforschung sieht er Anwendungsmöglichkeiten. Der Direktor des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie besitzt das Patent für das STED-Mikroskop – das erste von Leica produzierte Exemplar steht seit 2008 in Göttingen. Mittlerweile gibt es nach seinen Angaben weltweit bereits einige hundert Geräte.