Die Optogenetik hat sich zu einer der beliebtesten Methoden zur Erforschung der Vorgänge im Nervengewebe entwickelt. In Kombination mit der Mikroskopie, ergänzt durch elektrophysiologische Methoden, kann sie Fragen beispielsweise zur Regeneration und Entwicklung von Neuronen beantworten.

Das Grundelement der Optogenetik ist ein lichtempfindliches Protein – Rhodopsin. Diese Lichtempfindlichkeit äußert sich in einer Veränderung der Strukturkonfiguration nach Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge. Durch die Kombination des genetischen Codes eines Zellproteins mit dem genetischen Code von Rhodopsin übertragen wir diese Lichtempfindlichkeit auf das neu synthetisierte Protein. Durch die Bestrahlung von Bereichen mit dem neuen rekombinanten Protein mit Licht einer bestimmten Wellenlänge beeinflussen wir dessen ursprüngliche Funktion.

Ein konkretes optogenetisches Experiment, bei dem ein Modul zur aktiven Beleuchtungverwendet wurde, das an ein Mikroskop mit der Möglichkeit elektrophysiologischer Messungen angebracht war, überwacht heterogene Neuronenpopulationen im Riechkolben (Bulbus olfactorius) der Maus und deren gegenseitige Verbindungen. Wichtige Zellen sind in diesem Fall die sogenannten Mitralzellen (MC), die die sogenannten Granularzellen (GC) des Riechkolbens mit den Riechzentren im Gehirn verbinden. Die optogenetische Manipulation konzentrierte sich auf die Signalübertragung von GC-Zellen, die einen mit dem lichtempfindlichen Rhodopsin ChR2 ergänzten synaptischen Transmitter enthielten (Abbildung 1a). Die Aktivität der MC nach Stimulation der GC wurde mittels der elektrophysiologischen Patch-Clamp-Methode gemessen (Abbildung 1b, 1c).

Obrázek 1.: Mapování synaptického propojení mezi buňkami čichového bulbu.

Abbildung 1: Kartierung der synaptischen Verbindungen zwischen den Zellen des Riechkolbens.
a – Schematische Darstellung von MC (rot) und GC, die den Versuchsaufbau veranschaulicht.
b – 3D-Rekonstruktion des Gewebes mit MC (rot, Biocytin) und im Erwachsenenalter gebildeten GC (grün, ChR2-EYFP), Zellkerne (blau, DAPI). Das weiße Raster (8×8) zeigt die präzise Ausrichtung der Lichtbestrahlung – der gelb umrandete Bereich wird beleuchtet, der orangefarbene nicht.
c – Messung der postsynaptischen Spannung entsprechend der Beleuchtung eines bestimmten Bereichs (gelb/orange) aus der 3D-Rekonstruktion (b) (Andor, 2016).

Das Modul für die aktive Beleuchtung Mosaic3 weist folgende Parameterauf :

Quelle: „The Plasticity behind Memory | Andor Mosaic | Active Illumination.“ Abgerufen am 7. Dezember 2016. www.andor.com