Wien – Will man das Nervensystem eines Lebewesens genauer untersuchen, musste man früher meist einen vergleichsweise komplizierten Weg beschreiten, indem man das Tier Schicht für Schicht zerlegte. Der Nachteil dieses Verfahrens ist freilich, dass dadurch unweigerlich zelluläre Strukturen im Gewebe zerstört werden. Die Analyse komplexer Nervenverbindungen ist dann kaum noch möglich. Die weitaus elegantere Methode ist die optische "Klärung" der verschiedenen Gewebe in chemischen Verfahren, die das Tier durchscheinend machen. Interessante Strukturen im Gewebe können damit selektiv markiert und analysiert werden.

Wiener Wissenschafter haben nun auf diese Art Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) durchsichtig gemacht. Das ermöglicht die Untersuchung des Nervensystems dieser Modellorganismen mit einem sogenannten Ultramikroskop. Wie die Forscher im Fachjournal "Nature Communications" berichten, haben sie zudem diese Mikroskopiemethode deutlich verbessert.

Fluoreszierende Moleküle

Eine erfolgreiche Methode, um Gewebe zu untersuchen, ohne es zu beschädigen, ist die Ultramikroskopie. Dafür müssen zunächst mit gentechnischen Methoden fluoreszierende Moleküle in das Gewebe eingebaut und dieses mit Hilfe spezieller Chemikalien durchsichtig gemacht werden. Beleuchtet man derart präpariertes Gewebe mit einem Laserstrahl, werden die Moleküle zum Leuchten angeregt. Der Laserstrahl wird dabei durch optische Elemente zu einem zweidimensionalen, flachen Lichtband verbreitert, sodass man den Zellverband mit diesem Lichtblatt Schicht für Schicht analysieren und aus den zweidimensionalen Bildern am Computer ein dreidimensionales Modell erstellen kann.

Bei Insekten war die Methode aber bisher kaum anwendbar, berichten die Forscher von der Technischen Universität (TU) Wien. Demnach zerstörten die zum Durchsichtigmachen ("Klärung") des Gewebes eingesetzten Chemikalien auch die fluoreszierenden Moleküle. Zudem konnten der Chitinpanzer der Fliegen sowie Pigmente in den Augen der Fliegen kaum transparent gemacht werden.

Verbesserte Chemikaliengemische

Marko Pende von der Abteilung für Bioelektronik am Institut für Festkörperelektronik der TU Wien gelang es gemeinsam mit Kollegen von der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien mithilfe verbesserter Chemikaliengemische einen Weg zu finden, Drosophila-Fliegen völlig transparent zu machen, ohne die fluoreszierenden Moleküle zu zerstören. "Das ist für die Drosophila-Forschungscommunity ein wichtiger Schritt nach vorne", meint Thomas Hummel vom Department für Neurobiologie der Uni Wien.

Zudem konnten die TU-Forscher das Ultramikroskop deutlich verbessern, indem sie die Stärke des Lichtblatts von bisher zehn auf nunmehr drei Mikrometer reduziert haben. Zudem kann mit Hilfe einer speziellen Zusatzlinse der Fokuspunkt verschoben werden. Dies erlaubt, nicht nur die äußeren Gewebeschichten zu untersuchen, sondern zentimeterweit hineinzublicken. "Damit werden beeindruckende, hochauflösende Aufnahmen möglich, aus denen man viel über die Funktionsweise des Drosophila-Nervensystems lernen kann", so der Leiter der Abteilung für Bioelektronik, Hans Ulrich Dodt. (red, APA, 20.11.2018)