Die Anatomie des neuronalen Netzwerks ermöglicht die ordnungsgemäße Funktion des Gehirns.Die Konfokalmikroskopie und die anschließende Analyse der erfassten Daten sind der Weg zum Verständnis der Anatomie und Physiologie neuronaler Schaltkreise und der Beziehungen innerhalb neuronaler Netzwerke. Neuronen als spezifische filamentäre Strukturen lassen sich mithilfe spezialisierter Softwaretools manuell oder automatisch analysieren.
Matthias G. Haberl und seine Kollegen beschäftigen sich mit dieser Thematik und haben ein neues Verfahren zur Fluoreszenzmarkierung und automatischen Analyse umfangreicher Mikroskopdaten entwickelt .
Abbildung 1: Daten mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis, die mithilfe eines viralen (Rebies-)Vektors gewonnen wurden, ermöglichten den Wissenschaftlern eine präzise 3D-Rekonstruktion dieser Strukturen – insbesondere bestimmter Synapsen.
Die Neuronen werden mit einem viralen Vektor markiert , der in den Zellen als intensiv fluoreszierendes Protein exprimiert wird; dieses füllt anschließend alle neuronalen Fortsätze einschließlich sehr langer Axone aus. Die so präparierten Proben werden mit einem Konfokalmikroskop aufgenommen und anschließend analysiert. Mithilfe einer speziellen Software wird ein 3D-Modell der gesamten Dendriten, Dendritenstacheln und Synapsen erstellt. Diese Modelle werden anschließend zur Quantifizierung wichtiger anatomischer Parameter verwendet.
Im Gegensatz zu den meisten herkömmlichen Ansätzen können mit der „Haberl-Methode“ Neuronen physiologisch älterer Modellorganismen untersucht werden. Dies ermöglichte es den Wissenschaftlern, feine morphologische Details des Gehirns einer älteren Maus mit induzierter Alzheimer-Krankheit zu rekonstruieren. Diese Methode eröffnet neue Möglichkeiten für die Erforschung dieser weit verbreiteten neurodegenerativen Erkrankung.
Die SoftwareImaris mit dem Modul FilamentTracer bietet sehr intuitive und flexible Einstellungsmöglichkeiten für die Analyse filamentärer Strukturen (Neuronen, filamentäre Proteine, Blutgefäße):
- 3D-Visualisierung und Analyse von Filamenten
- Erkennung und Verfolgung filamentärer Strukturen
- Algorithmen zur automatischen Analyse
- Möglichkeit der manuellen Bearbeitung oder manuellen Endbearbeitung
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Einführung in Imaris für Neurowissenschaftler – Imaris 8.4
„Large-scale analysis of 3D neuron morphology“ Abgerufen am 10. Juli 2018 www.bitplane.com.
