Blick ins Gehirn von Fruchtfliegen

Ein Wissenschaftlerteam hat 3D-Bilder von Fruchtfliegengehirnen in verschiedenen Stadien der Degeneration in bislang ungekannter Qualität angefertigt – unter Einsatz der so genannten "Optical Projection Tomography, der optischen Projektionstomographie (kurz OPT). Mit den Bildern soll es eines Tages möglich sein, neurodegenerative Krankheiten beim Menschen besser zu verstehen.

"Wir hoffen, dass wir mit der Technologie in Zukunft Fragen zur Funktionsweise von Genen und Proteinen beantworten können, die bei Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson eine Rolle spielen", erläutert Leeanne McGurk, Doktorandin an der "Human Genetics Unit" des Medical Research Council im schottischen Edinburgh, die an dem Projekt gearbeitet hat.

Die Fruchtfliege Drosophila wird gerne zur Untersuchung von Krankheitsverläufen verwendet, weil ihre Lebensdauer von einem Monat dafür sorgt, dass alles schneller fortschreitet – außerdem enthalten die Tiere diverse Gene, die auch der Mensch besitzt.

Interessant für die Hirnforschung: Es gibt Altersdefekte bei der Fliege, die im Gehirn kleine Löcher erzeugen können – ein ähnlicher Prozess, wie er beim menschlichen Gehirn abläuft, wenn der Mensch an Alzheimer erkrankt. Das Sezieren der Gehirne der Tiere, die jeweils nur einen Millimeter groß sind, ist allerdings äußerst schwierig – die Probe wird dabei häufig zerstört.

Dank OPT lässt sich nun in das intakte Gehirn hineinschauen. Die Technik wurde eigentlich entwickelt, um Bilder kleinster Mäuseembyronen zu gewinnen, wurde inzwischen aber auch für das Gewebe erwachsener Mäuse und zur Krankheitsabklärung bei einigen menschlichen Embryonen verwendet.

Im Experiment mussten die Forscher die Fluchtfliege zunächst bleichen, weil sie ein dunkles Exoskelett besitzt, das es unmöglich macht, sie unter einem normalen Mikroskop zu untersuchen. Dann wurde die Drosophila in ein Gel eingelegt und langsam im 360 Grad-Winkel gedreht, während eine Kamera 400 Aufnahmen machte.

Diese Bilder wurden dann mit einer speziellen Software, die am Medical Research Council entwickelt wurde, in 3D-Aufnahmen überführt. Die fertige Darstellung zeigt die kleinen Löcher im Fliegengehirn sehr deutlich – Tiere verschiedenen Alters und genetischer Zusammensetzung wiesen Unterschiede auf.

Laut dem Forscherteam wäre es unmöglich gewesen, solche Bilder mit traditionellen Technologien zu erhalten: "OPT arbeitet ähnlich wie ein Computertomograph, nutzt nur Licht statt Röntgen", erläutert James Sharpe, einer der Autoren der Studie und Forschungsprofessor am "Systems Biology Centre for Genomic Regulation" im spanischen Barcelona. Dies stehe im Gegensatz zu gewohnten Techniken wie der konfokalen Mikroskopie, die immer nur eine Probenschicht gleichzeitig aufnehme.

"Dabei versucht man, immer ganz genau auf eine Ebene zu fokussieren und das Informationsrauschen von oben oder unten zu minimieren", erläutert Sharpe. OPT verwende im Gegensatz dazu visuelle Informationen der größtmöglichen Tiefe. Mit der Rotation lasse sich dann bestimmen, wo die einzelnen Teile des Bildes liegen. Dies ergebe eine deutlich genauere Aufnahme.

OPT schließt außerdem eine Lücke bei den bildgebenden Verfahren: Traditionell sind Proben zwischen einem und 10 Millimetern eigentlich zu groß für die Mikroskopie, aber immer noch zu klein für einen Kernspintomographen. OPT ist außerdem kostengünstiger und kann unter Umständen sogar höher auflösende Bilder liefern. "Einen Menschen kann man in eine Kernspin-Röhre schieben, bei so kleinen Dingen geht das nicht", meint McGurk.

Einige Einschränkungen bei der OPT-Verwendung gibt es allerdings – so hängt die Auflösung von der Transparenz der Probe ab. Das heißt: Obwohl die Technologie beim Verständnis der Neurodegeneration bei Fruchtfliegen einsetzbar ist, kann man sie für das menschliche Gehirn noch lange nicht einsetzen.

"Klinische Anwendungen gibt es nahezu nicht, weil das Licht durch den Kopf müsste", meint dann auch Michael Weiner, der Alzheimer und andere Krankheiten am University of California San Francisco Medical Center mittels Kernspintomographie untersucht. OPT sei eine Technik, die erst noch weiterentwickelt werden müsse. Sharpe und sein Team wollen das tun – aktuell arbeiten sie daran, Auflösung und Kontrast zu verbessern. (bsc)