TU-Wien und Max Perutz Labs ent­wi­ckeln neue Methode, die Durch­leuch­tung von Tie­ren und Orga­nis­men ermög­licht. Mit­tels fluo­res­zie­ren­der Farb­stoffe und spe­zi­el­ler Mikro­sko­p­tech­ni­ken kön­nen Objekte ohne Beschä­di­gung durch­sich­tig gemacht werden. 

Was pas­siert eigent­lich im Inne­ren eines Bors­ten­wurms ? Wie sind ganz bestimmte Arten von Zel­len im Kör­per eines Axolotls ver­teilt ? Wie sieht die Struk­tur der Ner­ven­zel­len in einem Zebra­fisch aus ? Wenn sol­che bio­lo­gi­schen Fra­gen bis­her beant­wor­ten wer­den soll­ten, konn­ten die Tiere nur Scheibe für Scheibe auf­ge­schnit­ten und sodann unter dem Mikro­skop unter­sucht wer­den. Dabei wer­den aller­dings viele wich­tige Struk­tu­ren zerstört.

Eine ele­gan­tere Mög­lich­keit ist das soge­nannte „Klä­ren“. Dabei wer­den die Tiere mit spe­zi­el­len che­mi­schen Metho­den durch­sich­tig gemacht und bestimmte Arten von Zel­len mit spe­zi­el­len fluo­res­zie­ren­den Farb­stof­fen mar­kiert. Mit Hilfe eines soge­nann­ten „Ult­ra­mikro­skops“ wird das Tier dann durch­leuch­tet. Im Ergeb­nis ent­ste­hen spek­ta­ku­läre Auf­nah­men, die eine rie­sen­große Menge an wert­vol­ler bio­lo­gi­scher Infor­ma­tion tra­gen, so die TU-Wien in einer Aussendung.

Über­grei­fende Kooperation
Aktu­ell gelang den For­sche­rIn­nen nun ein wich­ti­ger Durch­bruch : Wäh­rend die bis­her ver­wen­de­ten Klär­tech­ni­ken immer nur für ein­zelne spe­zi­elle Gewebe opti­miert wer­den konn­ten, etwa für Mäu­se­ge­hirne oder Frucht­flie­gen, kön­nen jetzt belie­bige Tiere zur Gänze durch­sich­tig gemacht und durch­leuch­tet wer­den. Das For­schungs­pro­jekt ent­stand in einer Koope­ra­tion zwi­schen den Max Perutz Labs (Anm. Joint Ven­ture von Uni­ver­si­tät Wien und der Medi­zi­ni­schen Uni­ver­si­tät Wien) mit Flo­rian Rai­ble als Grup­pen­lei­ter sowie der TU Wien, dem Cen­ter for Brain Rese­arch (CBR) der Med­uni Wien und dem For­schungs­in­sti­tut für Mole­ku­lare Patho­lo­gie (IMP).

Tech­no­lo­gisch wird im Rah­men der Ult­ra­mikro­sko­pie bio­lo­gi­sches Gewebe Schicht für Schicht mit einem dün­nen Laser­licht-Blatt durch­leuch­tet und auf­ge­nom­men und am Com­pu­ter dann ein drei­di­men­sio­na­les Modell des Tie­res erstellt. Davor muss das Gewebe aber so ver­än­dert wer­den, dass der Laser­strahl über­haupt ein­drin­gen kann. Eine große Her­aus­for­de­rung ist dabei, dass es in einem Orga­nis­mus eine ganze Reihe von Pig­men­ten gibt, die vor­her abge­baut wer­den müssen. 

Wich­tige Forschungsfragen
Das konn­ten die For­scher nun mit einer neuen Kom­bi­na­tion von Che­mi­ka­lien errei­chen und zwar bei einer Viel­zahl unter­schied­li­cher Tier­ar­ten, von Mol­lus­ken über Kno­chen­fi­sche bis hin zu Amphi­bien. Bestimmte Struk­tu­ren oder Zel­len kön­nen dabei mit fluo­res­zie­ren­den Mole­kü­len mar­kiert wer­den. Sobald sie vom Laser­strahl getrof­fen wer­den, sen­den sie Licht aus und wer­den dadurch sicht­bar. Auf diese Weise kön­nen drei­di­men­sio­nale Struk­tu­ren im Inne­ren des Tie­res abge­bil­det oder die räum­li­che Ver­tei­lung bestimm­ter Zel­len oder Mole­küle im Kör­per unter­sucht werden.

Rele­vant ist jedoch, dass die Mar­ker-Mole­küle nicht in jede Art von Gewebe gleich schnell ein­drin­gen kön­nen. Bis­her war es kaum mög­lich, schwer zugäng­li­che Punkte tief im Inne­ren eines Tie­res zu errei­chen. Außer­dem konnte es pas­sie­ren, dass die Che­mi­ka­lien, mit denen man die Pig­mente zer­stört, auch die fluo­res­zie­ren­den Mar­ker beschä­di­gen. All diese Pro­bleme konn­ten im Rah­men des aktu­el­len For­schungs­pro­jek­tes gelöst wer­den. „Für die Bio­lo­gie ist das eine neue und mäch­tige Unter­su­chungs­me­thode“, betont Flo­rian Rai­ble. „Wir sind über­zeugt davon, dass man dadurch in der bio­lo­gi­schen For­schung wich­tige Fra­gen beant­wor­ten kann, die sich bis­her nicht prä­zise unter­su­chen ließen.“