Forschung & Entwicklung

Hochauflösende 3-D-Nanomikroskopie: Multiple Sklerose genauer verstehen

Die Entwicklung eines hochauflösenden Mikroskopieverfahrens kann zur Untersuchung von Schädigungen an Nervenzellen und deren Fortsätzen im Gehirn bei Multipler Sklerose führen.

Die Ursachen und Entstehungsmechanismen der körperlichen Beeinträchtigungen und Behinderungen im Verlauf der Multiplen Sklerose (MS) sind nicht genau geklärt. Dazu fehlt der Grundlagenforschung bislang die geeignete Bildgebung. Göttinger und Heidelberger Forscher wollen nun einen neuen Mikroskopieansatz entwickeln. Mit diesem Ansatz sollen kleinste, MS-typische Schädigungen an Nervenzellen und ihre räumlichen Zusammenhänge im Gehirn erstmals in 3-D und in höchster Auflösung auf der Nanometerskala sichtbar werden. Auch molekulare und immunologische Abläufe, die zur Schädigung von Nervenzellen und deren Fortsätzen bei der MS führen, hoffen die Forscher mit der neuen hochauflösenden Mikroskopie aufzudecken. Die Erkenntnisse sollen dazu beitragen, eine gezielte Diagnostik und neue therapeutische Ansätze zu entwickeln. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt aus Mitteln des Programms ‚Photonik‘ mit 7,7 Millionen Euro für drei Jahre. Die Koordination des Projekts zur Entwicklung der innovativen Nano-Licht- und Elektronenmikroskopie liegt bei der Universitätsmedizin Göttingen (UMG).

Der neuartige Mikroskopieansatz verbindet die extrem hohe Auflösung moderner Elektronenmikroskopie mit der superhochauflösenden STED-Lichtmikroskopie. Die STED-Mikroskopie dient als Navigationshilfe für die Erkennung erkrankter Regionen in Gewebeproben von Patienten, um eine gezielte Untersuchung mit dem Elektronenmikroskop zu erlauben.

„Wir brauchen dringend eine Bildgebung, die uns Erkenntnisse über die kleinsten Schädigungen in der grauen Substanz des Gehirns, insbesondere der Großhirnrinde bringt. Solche Schädigungen an den Nervenzellen sowie ihren Nervenfasern und Verbindungen stören die Kommunikation des Nervenzellnetzwerks. Es gibt einen klaren Zusammenhang mit fortschreitender Behinderung und Veränderungen der grauen Substanz bei MS. Die wichtige Bedeutung von Schädigungen in diesem Gehirnareal für den Verlauf der Krankheit wurde erst vor einigen Jahren entdeckt", erklärt Professor Wolfgang Brück, Direktor des Instituts für Neuropathologie an der UMG. Neue Erkenntnisse zu den Krankheitsmechanismen der MS seien wesentlich, um die zur Zeit noch fehlenden Diagnostikverfahren und therapeutischen Behandlungsansätze für Schädigungen der grauen Hirnsubstanz zu identifizieren, sagt Brück.

Die Nervenschädigungen der Großhirnrinde sind mit gängigen radiologischen Verfahren kaum zu erfassen. Sie können nur durch die pathologische Untersuchung von Gewebeproben sichtbar gemacht werden. Viele Strukturen der Nervenzellen und ihre Veränderungen bei MS sind jedoch für die gängige Mikroskopie zu klein. Sie bedürfen einer Auflösung auf der Nanometerskala und den Einsatz von höchstauflösenden Mikroskopen.

Um Schädigungen an den Nervenzellen im kleinsten Detail sichtbar zu machen, verknüpfen die Forscher die Stärken der hochauflösenden STED-Fluoreszenzmikroskopie mit moderner 3-D-Elektronenmikroskopie. Weitere Voraussetzung für ein besseres Verständnis der Krankheitsmechanismen in der MS ist der Blick in die dritte Dimension. Der räumliche Zusammenhang der kleinsten strukturellen Änderungen im Netzwerk der Nervenzellen muss in allen drei Dimensionen untersucht werden. Das Ziel ist die Entwicklung einer hochauflösenden 3-D-Kartierung von MS-Läsionen der Hirnrinde. Diese soll zeigen, in welcher Ausprägung Nervenzellen geschädigt worden sind, welche Immunzellen hierbei eine Rolle spielen und wie der Verlust der zellulären Kontakte Auswirkungen auf das Nervennetzwerk hat.

von mn

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