Lichtscheibenmikroskopie

Software für das Mikroskop – wie Google Maps für Gewebe

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Zwei zueinander rechtwinklige, virtuelle Schnitte durch das komplette Nervensystem einer Taufliegenlarve (Bild: Janelia / MDC)
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Moderne lichtmikroskopische Techniken liefern überaus detailreiche Einblicke in Organe – und mit Terabytes an Daten. Forscher entwickeln nun eine Software, die hier für eine gute Übersicht sorgt.

Es passiert fast wie von Zauberhand. Mithilfe von ein paar chemischen Tricks und Kniffen gelingt es seit ein paar Jahren, große Gebilde wie Mäusegehirne oder menschliche Organoide durchsichtig zu machen. Clarity heißt die vielleicht berühmteste von vielen verschiedenen Methoden des „Sample Clearings“, mit denen fast jedes beliebige Forschungsobjekt so transparent wie Wasser wird. Auf diese Weise lassen sich Einsichten in die zellulären Strukturen gewinnen, von denen Wissenschaftler früher nur träumen konnten.

Ordnung im Datenchaos

„Das Problem ist allerdings, dass dabei so große Datenmengen von mehreren Terabytes entstehen, dass sich mit ihnen in vielen Fällen gar nichts mehr anfangen lässt“, sagt Dr. Stephan Preibisch, Leiter der Arbeitsgruppe Mikroskopie, Bildverarbeitung & Modellierung von Entwicklungsprozessen in Organismen des Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin. Um Ordnung in das Chaos zu bekommen, haben Preibisch und sein Team nun eine Software entwickelt, die nach Abschluss der komplexen Datenrekonstruktion ein wenig an Google Maps in 3D erinnert. „Man kann sich mit ihr sowohl einen Überblick über das große Ganze verschaffen, als auch gezielt in einzelne Strukturen hineinzoomen – immer mit der Auflösung, die gerade gewünscht ist“, erläutert Preibisch, der die Software Bigstitcher nennt.

Software für jeden gängigen PC geeignet

An der Entwicklung beteiligt war ein zwölfköpfiges Team aus Berlin, München, Großbritannien und den USA. Gemeinsam zeigen die Forscher in ihrem Paper, dass man die per Lichtblattmikroskopie gewonnenen Daten mithilfe entsprechender Algorithmen so rekonstruieren und skalieren kann, dass dafür kein Superrechner vonnöten ist. „Unsere Software ist für jeden gängigen Computer geeignet“, sagt Preibisch. „So können die Daten auch leicht unter mehreren Forschungsteams ausgetauscht werden.“

Auch die Qualität der Daten wird bestimmt

Mithilfe des Programms lassen sich die zuvor durchleuchteten Proben nicht nur in beliebiger Detailgenauigkeit auf dem Bildschirm visualisieren. „Die Software überprüft automatisch auch die Qualität der gewonnen Daten“, sagt Preibisch. Meist ist diese nämlich nicht an allen Stellen des Untersuchungsobjektes gleich. Das per Mikroskop gewonnene Bild lässt sich daher auf dem Bildschirm in jede beliebige Richtung drehen und wenden. So kann die Probe von allen Seiten begutachtet werden. „Auch das ist neu an unserer Software“, sagt Preibisch.

Software gratis downloaden

Mithilfe der Zoomfunktion lassen sich viele Fragen klären, die Biologen interessieren. Wo im Gehirn findet gerade Zellteilung statt? Wo wird RNA exprimiert? Oder wo enden bestimmte Nervenbahnen? „Um all das herauszufinden, ist es erforderlich, sich zunächst einen Überblick über das ganze Untersuchungsobjekt zu verschaffen, dann aber auch mit hoher Auflösung in kleine Details hineinzoomen zu können“, erläutert Preibisch. In vielen Laboren werde daher eine Software wie Bigstitcher heutzutage benötigt. Jeder Interessierte kann das Plug-In kostenlos herunterladen und nutzen.

www.nature.com/articles/s41592–019–0501–0

www.mdc-berlin.de/de/preibisch

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