EPFL-Wissenschaftler zeigen, dass das Gehirn nicht so kompakt, wie wir dachten

Mithilfe einer innovativen Methode, die EPFL-Wissenschaftler zeigen, dass das Gehirn nicht so kompakt wie wir gedacht haben, alle zusammen.

Zur Untersuchung der Feinstruktur des Gehirns, einschließlich seiner verbindungen zwischen den Nervenzellen, die Synapsen, müssen die Wissenschaftler verwenden, Elektronen-Mikroskope. Allerdings muss das Gewebe zuerst fixiert werden, um es vorzubereiten für diese hohe Vergrößerung imaging-Methode. Dieser Vorgang bewirkt, dass das Gehirn schrumpfen; als ein Ergebnis, Mikroskop-Bilder verzerrt werden kann, z.B. zeigt Neuronen, viel näher, als Sie tatsächlich sind. EPFL-Wissenschaftler haben nun das problem gelöst, indem mit einer Technik, die schnell friert das Gehirn, die Erhaltung Ihrer wahren Struktur. Die Arbeit ist erschienen in eLife.

Das Gehirn schrumpfen

Den letzten Jahren gesehen haben, ein Wiederaufflammen der Bildgebung des Gehirns, mit einem erneuten Interesse an Techniken wie Elektronen-Mikroskopie, die es uns erlaubt, zu beobachten und studieren die Architektur des Gehirns in noch nie da gewesenen detail. Aber in der gleichen Zeit, haben Sie auch wieder alte Probleme im Zusammenhang mit, wie dieses zarte Gewebe bereit, bevor die Bilder abgeholt werden können.

In der Regel, das Gehirn ist fest mit stabilisierenden Agenzien wie Aldehyden, und dann eingeschlossen oder eingebettet in einem Harz. Es wurde jedoch bekannt, seit Mitte der sechziger Jahre, dass dieses Herstellungsverfahren bewirkt, dass das Gehirn zum schrumpfen von mindestens 30 Prozent. Dies wiederum verzerrt unser Verständnis des Gehirns, Anatomie, z.B. der tatsächlichen Nähe von Neuronen, die Strukturen von Blutgefäßen etc.

Das Gehirn einfrieren

Eine Studie von Graham Knott an der EPFL, unter der Leitung von Natalja Korogod und die Arbeit mit Carl Petersen, hat erfolgreich eine innovative Methode, genannt „cryofixation“, um zu verhindern, dass Gehirn-Schrumpfung während der Präparation für die Elektronenmikroskopie. Die Methode, deren Wurzeln gehen zurück bis 1965, verwendet jets von flüssigem Stickstoff „snap freeze“ Gehirn Gewebe bis-90oC, innerhalb von Millisekunden. Das Hirngewebe wurde hier mouse cerebral cortex.

Die rapid freezing Methode ist in der Lage, zu verhindern, dass das Wasser im Gewebe die Bildung von Kristallen, wie Sie es tun würden, in einem regulären Gefrierschrank, durch die auch die Anwendung sehr hoher drücke. Wasser-Kristalle können zu erheblichen Schäden der Gewebe durch brechen Ihre Zellen. Aber in diesem high-pressure-freezing-Methode, das Wasser verwandelt sich in eine Art von Glas, die Erhaltung der ursprünglichen Strukturen und die Architektur des Gewebes.

Der nächste Schritt ist die Einbettung der gefrorene Gewebe in Harz. Dies erfordert das entfernen der Glas-Wasser und ersetzen Sie es zuerst mit Aceton, das ist immer noch eine Flüssigkeit bei niedrigen Temperaturen von cryofixation, und dann, über einen Zeitraum von Tagen, mit Harz, so dass es langsam und vorsichtig aus der glassified Wasser aus dem Gehirn.

Das Reale Gehirn

Nachdem das Gehirn war cryofixed und eingebettet, es wurde beobachtet und fotografiert in der Verwendung von 3D-Elektronenmikroskopie. Die Forscher verglichen dann die cryofixed Gehirn Bilder, die von einem Gehirn fest, die mit „nur Chemische“ Methode.

Die Analyse hat gezeigt, dass die chemisch fixiertes Gehirn war viel kleiner im Volumen, mit einem deutlichen Verlust von extrazellulärer Raum – der Raum um die Neuronen. Darüber hinaus unterstützen Gehirn Zellen, die sogenannten „Astrozyten“, schien weniger mit Neuronen und sogar Blutgefäße in das Gehirn. Und schließlich, die verbindungen zwischen den Nervenzellen, die Synapsen, schien deutlich schwächer in der chemisch-fixiertes Gehirn im Vergleich zu den cryofixed.

Die Forscher verglichen Ihre Messungen des Gehirns auf diejenigen berechnet, die in funktionellen Studien – Studien, die die Zeit Messen, die es dauert für ein Molekül Reise durch das Gehirn-region. Zur überraschung der Wissenschaftler, die Daten abgeglichen, indem noch mehr Beweise dafür, dass cryofixation bewahrt die Reale Anatomie des Gehirns.

„All dies zeigt uns, dass Hochdruck-cryofixation ist eine sehr attraktive Methode für die Bildgebung des Gehirns“, sagt Graham Knott. „Zur gleichen Zeit, es fordert vorherigen imaging Bemühungen, die wir haben könnten, um erneut zu prüfen, ob im Licht der neuen Erkenntnisse.“ Sein team ist nun dem Ziel zu verwenden, cryofixation auf andere Teile des Gehirns und auch andere Arten von Gewebe.

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