Im Gehirn von Fruchtfliegen

Mit Hilfe der optischen Projektionstomographie (OPT) haben Forscher 3D-Bilder von Fruchtfliegengehirnen in verschiedenen Degenerationsstadien erstellt. Diese Bilder könnten eines Tages unser Verständnis verschiedener neurodegenerativer Erkrankungen beim Menschen verbessern.

Stecknadelkopf: Ein 3D-Bild einer Fruchtfliege, das mit optischer Projektionstomographie erstellt wurde. Mit dieser Technologie müssen Wissenschaftler die Fliegen nicht mehr per Hand sezieren, um zu beobachten, wie genetische Veränderungen den Verlust von Gehirnzellen beeinflussen. Das Rot repräsentiert das transparente Exoskelett der Fliege, das Grün repräsentiert die anatomischen Organe und das Blau repräsentiert die genetisch veränderten Aktivierungsorte.

Wir hoffen, in Zukunft Fragen zu Genen und Proteinen beantworten zu können, die bei Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson funktionieren, sagt Leeanne McGurk, Doktorandin an der Medizinischer Forschungsrat 's Human Genetics Unit in Edinburg, Schottland, die an dem Fruchtfliegen-Imaging-Projekt mitgearbeitet hat.

Fruchtfliegen oder Drosophila werden oft verwendet, um den Krankheitsverlauf zu untersuchen, da ihre monatelange Lebensdauer bedeutet, dass Krankheiten schnell fortschreiten, und weil die Fliegen viele der gleichen Gene wie der Mensch haben. Darüber hinaus produzieren altersbedingte Defekte im Fliegenhirn winzige Löcher oder Neurovakuolen in einem Prozess, der dem ähnelt, der gesunde menschliche Gehirne in die verworrenen Gehirne von Menschen verwandelt, die an der Alzheimer-Krankheit leiden. Aber das Sezieren von Fliegenhirnen, die nur etwa einen Millimeter groß sind, war ein mühsamer Prozess, der das Exemplar oft beschädigte.

Daher entschied sich das Team, OPT zu verwenden, um Bilder der intakten Gehirne der Fliegen zu erstellen. Die Technik wurde ursprünglich entwickelt, um Bilder von winzigen Mausembryonen zu erstellen, und wird seitdem verwendet, um erwachsenes Mausgewebe und einige menschliche Embryonen zu untersuchen.

In diesem Experiment mussten die Forscher das Insekt zunächst bleichen, da es ein dunkles Exoskelett besitzt, das eine Untersuchung mit einem normalen Mikroskop verhindert. Dann betteten sie die winzige Fliege in Gel ein und drehten sie langsam um 360 Grad, während eine Kamera 400 Bilder machte.

Diese Bilder wurden in 3-D-Bilder umgewandelt, mit Software wurde auch unter dem Dach des Medical Research Council entwickelt, der britischen Version der National Institutes of Health. Die Bilder zeigten deutlich die in den Fruchtfliegengehirnen vorhandenen Neurovakuolen: Fliegen unterschiedlichen Alters und genetischer Ausstattung schienen unterschiedliche Stadien der Gehirndegeneration zu haben.

Den Forschern zufolge wären die von ihnen erstellten Gehirnbilder mit herkömmlicher Technologie unmöglich gewesen. OPT funktioniert wie ein Röntgen-CT-Scanner und verwendet nur Licht anstelle von Röntgenstrahlen, sagt James Sharpe, einer der Autoren der Studie und Forschungsprofessor am Systems Biology Center for Genomic Regulation in Barcelona, ​​Spanien. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken wie der konfokalen Mikroskopie, die jeweils einen Abschnitt einer Probe scannt.

Bei der konfokalen Mikroskopie versucht man, sehr scharf auf eine Ebene zu fokussieren, um Informationsrauschen von oben oder unten zu minimieren, sagt Sharpe. OPT-Imaging nimmt jedoch visuelle Informationen aus einer möglichst großen Tiefe auf und verwendet dann die Rotation, um herauszufinden, wo die verschiedenen Teile des Bildes liegen. Dies gibt ein viel detaillierteres Bild des Exemplars. Der lernen der Fruchtfliegenhirne wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Öffentliche Wissenschaftsbibliothek ONE .

OPT schließt auch die Bildlücke: Traditionell waren Präparate zwischen 1 und 10 Millimeter zu groß, um sie mit einem konfokalen Mikroskop abzubilden, und zu klein, um sie in einen MRT-Scanner zu stecken. OPT ist auch weniger kostspielig und kann manchmal Bilder mit höherer Auflösung bieten als ein MRT-Scanner.

Sie können zwar einen Menschen in einen MRT-Scanner stecken, aber mit etwas viel kleinerem haben Sie diese Option einfach nicht, sagt McGurk.

Es gibt natürlich Einschränkungen bei der Verwendung von OPT, da die Auflösung von der Transparenz der Probe abhängt. Einige Experten für Hirnbildgebung sagen, dass diese Technologie den Wissenschaftlern zwar helfen kann, die Mechanismen der Neurodegeneration zu verstehen, sie jedoch in absehbarer Zeit nicht in erwachsenen menschlichen Gehirnen eingesetzt wird.

Das sei klinisch kaum anwendbar, da das Licht durch den Kopf gehen müsste, sagt Michael Weiner, der in der MRT-Bildgebung von Alzheimer und anderen Erkrankungen an der Klinik arbeitet San Francisco Medical Center der Universität von Kalifornien . Ich denke, dass es sich um eine Technik handelt, die weiterentwickelt werden muss [bevor sie verwendet werden kann] für menschliche Anwendungen.

Sharpe sagt, dass das Team bereits daran arbeite, Auflösung und Kontrast zu verbessern.

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