Mit einer neuen Klasse fluoreszierender Indikator-Moleküle können einzelne Aktionspotentiale und somit die Aktivität von Nervenzellen zeitlich unbegrenzt beobachtet werden. Auch die Wanderung auto-aggressiver Immunzellen istz nachweisbar.
Wohin wandern Nervenzellen während ihrer Entwicklung? Wie gelangen auto-aggressive Immunzellen ins Gehirn? Welche Nervenzellen sind wie miteinander verschaltet, damit eine Entscheidung gefällt oder eine Erinnerung geformt werden kann? Versteckt zwischen unzähligen anderen Zellen bleibt die Bewegung oder Verschaltung einzelner Zellen auch mit den besten Mikroskopen unsichtbar. Es sei denn, die Zellen werden aus der Masse hervorgehoben.
Um das Unsichtbare sichtbar zu machen, entwickeln Wissenschaftler zunehmend effektivere Fluoreszenzfarbstoffe. Aktionspotenziale von Nervenzellen oder wandernde Immunzellen können mit Hilfe kleiner Änderungen der Kalziumkonzentration in den Zellen sichtbar gemacht werden.
Kalzium kommt in jeder Zelle des Körpers vor, wo es meist gebunden vorliegt. Wird eine Zelle aktiv, erhöht sich vorübergehend die zellinterne Konzentration an freiem, ungebundenem Kalzium. Farbstoffe, die sich an Kalzium binden und dadurch ihre Farbe oder Helligkeit ändern, machen diese Zellvorgänge sichtbar. Solche Kalzium-Indikatoren können in Zellen injiziert werden und heben einzelne Zellen im Gewebe, Zellbestandteile oder bestimmte Zellvorgänge unter dem Mikroskop hervor. Die Farbstoffe verblassen jedoch meist nach kurzer Zeit, sodass Langzeitbeobachtungen kaum möglich sind.
Eine Alternative zu synthetisch hergestellten Kalzium-Farbstoffen sind genetisch kodierte Indikatoren. Durch Einschleusen eines Gens können einzelne Zellen den Indikator selbst herstellen. Der Farbstoff wird ständig nachproduziert. Störende Eingriffe wie das Anstechen einer Zelle, um den Indikator einzubringen, sind überflüssig. Obwohl deutlich besser für Untersuchungen geeignet, haben diese genetisch-kodierten Indikator-Moleküle Nachteile: Sie sind weniger empfindlich und nicht mit allen Zielzellen kompatibel.
Im Fachmagazin Nature Methods stellen nun Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried bei München mit einem internationalen Kollegenteam die nächste Generation der Fluoreszenzfarbstoffe vor. „Wir wollten die kleinstmöglichen Indikatoren entwickeln, die aber immer noch alle funktionalen Vorteile haben“, berichtet Oliver Griesbeck, der Leiter der Studie. Nach rund fünf Jahren intensiver Arbeit ist es nun geschafft – die Wissenschaftler stellen ihre neuen „Twitch“-Sensoren vor.
Diese Indikatoren sind kleiner als bisherige Modelle, bei deutlich erhöhter Leistungsfähigkeit. Dadurch ist ihr Einfluss auf Zellvorgänge vernachlässigbar – sie konkurrieren zum Beispiel kaum mit anderen Prozessen um freigesetztes Kalzium. Zudem vereinen die „Twitch“-Sensoren die Vorteile der bisherigen Indikatortypen: Sie sind von ihrer Empfindlichkeit her vergleichbar mit synthetischen Indikatoren und haben die Langlebigkeit genetisch kodierter Farbstoffe. Selbst Immunzellen, die immer etwas heikel waren, nehmen die neuen Indikatoren problemlos auf. Oliver Griesbeck: „Von Seiten der Indikatoren steht der Untersuchung aggressiver Immunzellen und anderer Vorgänge im Körper nichts mehr entgegen.”
Weitere Informationen: www.neuro.mpg.de www.neuro.mpg.de/griesbeck/de
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