Multiple Sklerose besser verstehen

Fig1 final highres 3D-Polarized Light Imaging Aufnahme eines Maus-Gehirns. Die strukturelle Information über die Ausrichtung der Nervenfasern aus dieser Aufnahme dienten als Vergleich für die neuen Neutronen-Messungen. © Forschungszentrum Jülich

3D-Polarized Light Imaging Aufnahme eines Maus-Gehirns. Die strukturelle Information über die Ausrichtung der Nervenfasern aus dieser Aufnahme dienten als Vergleich für die neuen Neutronen-Messungen. © Forschungszentrum Jülich

Das Gehirn ist das Zentrum unseres Nervensystems – strukturelle Veränderungen sind oft an neurologischen Erkrankungen und psychischen Störungen beteiligt. Ein Team des Forschungszentrum Jülich hat jetzt am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) eine neutronenbasierte Methode entwickelt, um Gehirnschnitte zu untersuchen und derartige Erkrankungen besser zu verstehen.

Das Gehirn lässt sich in sogenannte Graue Substanz und Weiße Substanz einteilen. Die Weiße Substanz enthält die Axone, die Reize weiterleiten. Zur schnelleren Reizweiterleitung sind die Axone von einer isolierenden Myelinschicht umwickelt, ähnlich einem Kabel, bei dem die Gummi-Isolierung dafür sorgt, dass keine Elektrizität auf dem Weg verloren geht.

Verletzungen oder Verlust der Myelinhülle führen zu gestörten Gehirn- und Körperfunktionen. Bei Multipler Sklerose beispielsweise ist die isolierende Myelin-Schicht stark angegriffen. Die genauen Ursachen der Erkrankung sind jedoch noch immer unklar.

Forschende des Forschungszentrum Jülich haben an der Kleinwinkelstreuanlage KWS-1 am MLZ eine neue bildgebende Methode entwickelt, um die Dichte, Struktur und räumliche Orientierung von Nervenfasern und Myelin abzubilden.

Gehirnschnitte KWS-1 Schema des experimentellen Aufbaus an der Kleinwinkelstreuanlage. Der Neutronenstrahl trifft auf einen Gehirnschnitt („Sample“). © Forschungszentrum Jülich

Schema des experimentellen Aufbaus an der Kleinwinkelstreuanlage. Der Neutronenstrahl trifft auf einen Gehirnschnitt („Sample“). © Forschungszentrum Jülich

Neue Methode ergänzt bisherige Verfahren

„Wir untersuchen Gehirnschnitte schon länger mit Lichtmikroskopie und Polarisation“, erklärt Dr. Heinrich Frielinghaus, Leiter der Gruppe KWS-1, „aber mit Licht konnte man sich nicht ganz sicher sein, ob das, was man sieht wirklich die Axone sind“. Mit Hilfe von Neutronen können die Forschenden diese Unsicherheit ausräumen.

Die Besonderheit an dieser neuen Methode: Sie erlaubt es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die zu Nervenfasern gebündelten Axone gleichzeitig mit der isolierenden Myelinhülle abzubilden.

„Mit unserem neutronenbasierten Verfahren, können wir die Ergebnisse bisheriger Methoden bestätigen und zusätzliche Informationen liefern“, so Frielinghaus.

Frielinghaus KWS Dr. Heinrich Frielinghaus an der Kleinwinkelstreuanlage. © Andreas Heddergott/TUM

Dr. Heinrich Frielinghaus an der Kleinwinkelstreuanlage. © Andreas Heddergott/TUM

Anwendung in der Medizin

„Da wir mit Gehirnschnitten arbeiten, handelt es sich natürlich nicht um ein diagnostisches Verfahren“, erklärt Frielinghaus. Von ihrer neuen Methode erhoffen sich die Forschenden, in der Zukunft die Ursachen für neurologische Erkrankungen besser zu verstehen, indem sie strukturelle Veränderungen im Gehirn vollständiger sichtbar machen können.

Noch liegt die Auflösung bei der neuen Methode im Millimeter-Bereich. Frielinghaus und seine Kolleginnen und Kollegen rechnen jedoch damit, dass zukünftig mikrometergenaue Messungen möglich sind. Damit können sie auch kleinste Strukturen in biologischen Geweben untersuchen.