Informatives Farbenspiel: Dieses Bild zeigt die Strukturen und Verknüpfungen im Gehirn einer Maus in bisher beispielloser Auflösung – sie ist Millionen Mal höher als bei einer normalen Magnetresonanztomografie (MRT). Durch Kombination eines neuen MRT-Verfahrens mit der Lichtfeld-Mikroskopie können Wissenschaftler zudem Veränderungen bestimmter Hirnareale und Verbindungen sichtbar machen.
Vor fast genau 50 Jahren wurde die Magnetresonanztomografie (MRT) erfunden. Bei dieser Methode der Durchleuchtung versetzen starke Magnetfelder Atome in den Körpergeweben und im Speziellen im Wasser in Schwingung. Die von diesen Vibrationen erzeugten Radiowellen werden vom MRT aufgezeichnet. Weil jedes Gewebe je nach Wassergehalt unterschiedlich stark auf die Anregung reagiert, erscheinen im resultierenden Bild Grauabstufungen, die die Feinstrukturen sichtbar machen.
Ein hochauflösender Tomograf…
Die hier gezeigte Aufnahme eines Mäusegehirns stammt von einer neuen MRT-Methode, die eine weit höhere Auflösung ermöglicht. Allan Johnson von der Duke University und sein Team haben dafür einen speziellen Tomografen eingesetzt, der einen 9,4 Tesla starken Magneten und besonders leistungsfähige Magnetspulen nutzt. „Die daraus resultierende hohe Winkelauflösung hat die detailliertesten Karten der Hirnkonnektivität ermöglicht, die je erstellt wurden“, erklären die Forscher.
Jedes dreidimensionale Pixel in der Aufnahme ist nur rund fünf Mikrometer groß. Das ist Millionen Mal schärfer als gängige MRTs und 27.000 Mal schärfer als bei den besten in der Forschung eingesetzten Kernspintomografen. Dadurch werden die Feinstrukturen des Mäusegehirns so deutlich sichtbar wie nie zuvor.
…und ein Lichtfeld-Mikroskop
Doch das ist noch nicht alles: Nachdem die Forscher die MRT-Aufnahmen des Mäusegehirns erstellt hatten, kombinierten sie dies mit einer speziellen Methode der Lichtfeldmikroskopie. Dabei wird das Gewebe geklärt, selektiv für bestimmte Proteine angefärbt und dann mit einer Auflösung von 1,8 Mikrometern pro Pixel abgebildet. Ein spezieller Algorithmus fügt dann dieses Mikroskopbild und die MRT-Aufnahmen zusammen.
Das Ergebnis ist ein Bild, in dem die Farben je nach gewählter Färbetechnik bestimmte Zelltypen und Hirnverknüpfungen erkennbar machen. Diese Kompositaufnahmen ermöglichen es dann beispielsweise, die alterstypischen Veränderungen im Gehirn nachzuvollziehen oder auch die Veränderungen, die mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer einhergehen. „Das macht einen großen Unterschied: Wir können nun solche Erkrankungen auf ganz neue Weise untersuchen“, sagt Johnson. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; doi: 10.1073/pnas.2218617120)
Quelle: Duke University
