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Hirnaktivität live verfolgt mit neuem open-source Mikroskop NeuBtracker

Zebrafische live und in Farbe

Mit dem neuen "Open-Source"-Mikroskop NeuBtracker lassen sich Nervenaktivitäten während des natürlichen Bewegungsverhaltens von Zebrafischen beobachten. (Bild: A. Lauri / TUM)
Mit dem neuen "Open-Source"-Mikroskop NeuBtracker lassen sich Nervenaktivitäten während des natürlichen Bewegungsverhaltens von Zebrafischen beobachten. (Bild: A. Lauri / TUM)

Forschung

Einem Wissenschaftlerteam vom Helmholtz Zentrum München und der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, ein völlig neuartiges Mikroskop zu entwickeln. Der sogenannte NeuBtracker ist ein open source-Mikroskop, das es erstmals erlaubt, neuronale Aktivitäten des Modellorganismus Zebrafisch zu beobachten, während dieser sich frei bewegt. Dies eröffnet der Wissenschaft ganz neue Perspektiven, da es nun möglich wird, natürliches Verhalten und zeitgleich die Aktivität der Nervenzellen im Gehirn zu verfolgen.

NeuBtracker ist mit zwei Kameras ausgestattet, von der die eine die völlig unbeeinflusste und freie Bewegung einer Zebrafischlarve verfolgt, während die andere automatisch auf den durchsichtigen Kopf und damit das Gehirn gerichtet bleibt und Fluoreszenzbilder aufnimmt. „Auf diese Art ist es möglich, die Nervenaktivität während des natürlichen Bewegungsverhaltens zu beobachten. Die Larve wird zusätzlich verschiedenen Umweltbedingungen ausgesetzt, sodass wir die Reaktionen darauf sofort analysieren können“, sagt Prof. Dr. Gil Gregor Westmeyer von den Instituten für Biologische und Medizinische Bildgebung (IBMI) und Entwicklungsgenetik (IDG) am Helmholtz Zentrum München, sowie der Nuklearmedizinischen Klinik und Munich School of Bioengineering (MSB) der Technischen Universität München (TUM).


Unter Zusatz von Stoffen, die zum Beispiel den Metabolismus beeinflussen, können dann die dadurch hervorgerufenen, neuronalen Ereignisse im Gehirn in vivo beobachtet werden. „Wir können nun endlich simultan die Auswirkungen von physiologisch wirksamen Stoffen auf das Verhalten und die Gehirnaktivität beobachten“, so Panagiotis Symvoulidis vom Helmholtz Zentrum München und der TUM und Erstautor der Studie. „Durch die selektive Expression von fluoreszierenden Sensorproteinen erkennen wir die Aktivität bestimmter Nervenzellen“. „Somit sehen wir im Gehirn exakt, welche Gehirnbereiche während eines gewissen Verhaltens aktiv sind“ ergänzt Dr. Antonella Lauri aus dem Team von Westmeyer.

Ein Mikroskop zum Nachbauen

Das neue Mikroskop ist ein sogenanntes open source-Mikroskop. Das bedeutet, dass es eine genaue Anleitung zum Nachbau im Web (www.neubtracker.org) gibt, auf die jeder zugreifen kann. „Wir wollten unseren wissenschaftlichen Kollegen die Möglichkeit geben, NeuBtracker nachzubauen, denn auf solch ein Gerät haben wir schon seit Jahren gewartet“, erklärt Westmeyer. „Endlich ist es möglich, die Wirkung von Medikamenten auf das Verhalten zeitgleich mit der neuronalen Aktivität oder anderen Signalprozessen über einen gesamten Organismus hinweg live zu sehen. Dieser systemische Ansatz ermöglicht uns ganz neue Erkenntnisse.Wir hoffen, diesen zukünftig auch auf den Gebieten der Wirkstoff- und Stoffwechselforschung erfolgreich einsetzen zu können “, so Westmeyer.


Unterstützt wurde das interdisziplinäre Projekt, an dem auch das Institute of Neuroscience und der Lehrstuhl für Computer Aided Medical Procedures & AugmentedReality sowie die Munich School of Bioengineering (MSB) der TUM beteiligt waren, durch die Helmholtz Allianz „Visualisierung und Therapie Umweltbedingter Stoffwechselerkrankungen“ (ICEMED) und den ERC Starting Grant an Westmeyer.

Originalpublikation

P. Symvoulidis, A. Lauri, A. Stefanoiu, M. Cappetta, S. Schneider, H. Jia, A. Stelzl, M. Koch, C. Cruz Perez, A. Myklatun, S. Renninger, A. Chmyrov, T. Lasser, W. Wurst, V. Ntziachristos and G. G Westmeyer, NeuBtracker – imaging neurobehavioral dynamics in freely bahaving fish, Nature Methods, October 2017, DOI: 10.1038/NMETH.4459

Kontakt

Prof. Dr. Gil Westmeyer
Professor für Molekulare Bildgebung
Technische Universität München
Tel.: +49 (0) 89 3187-2123
gil.westmeyer@tum.de

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