Onze hersenen bestaan uit talloze zenuwcellen die signalen van de ene aan de andere cel doorgeven. Als je wilt begrijpen hoe onze hersenen werken, moet je kijken naar de verbindingen tussen deze cellen, de zogenaamde synapsen. En dat is precies wat een Amerikaans onderzoeksteam in samenwerking met Rainer Heintzmann van het Leibniz Institute for Photonic Technologies (Leibniz-IPHT) en de Friedrich Schiller University Jena nu heeft gedaan. Het team is er samen in geslaagd om de synapsen in het hersenweefsel te kunnen identificeren op basis van hun structuur.
Meer artikelen over hersenonderzoek
Speciale microscoop met wig van licht
Onder leiding van Reto Fiolka en Kevin Dean ontwikkelden zij een speciale lichtmicroscoop aan de Southwestern University Texas. Met deze microscoop lichtten de wetenschappers een hersenweefselmonster van ongeveer een millimeter van de zijkant op – met wigvormig gericht licht. Terwijl de focus van deze wig verschoof, werden er beelden opgenomen. Dankzij een zelf-lerend computersysteem was het mogelijk om beelden met een hoge resolutie en op ware grootte te reproduceren. Uiteindelijk waren de onderzoekers in staat om driedimensionale weefselstructuren in de cellen te herkennen en te visualiseren. Afhankelijk van de optische configuratie, is de axiale resolutie van de microscoop tot 260 nm zelfs drie tot tien keer hoger dan die van confocale microscopen (met twee brandpunten) en eerdere lichtschijfmicroscopen. Driedimensionale beeldvorming maakt het ook mogelijk om multicellulaire weefselstructuren en individuele cellen te herkennen en te classificeren. Het is echter ook mogelijk om de zeldzame interacties tussen cellen te herkennen.
Rainer Heintzmann, hoofd van de afdeling Microscopie-onderzoek bij Leibniz-IPHT, legt dit uit:
Dit is baanbrekend onderzoek. Het is al lang de wens van wetenschappers om synapsen in millimetergrote weefselblokken te kunnen herkennen met behulp van een lichtmicroscoop. Alleen al vanwege hun structuur”.
Menselijke celatlas
Heintzmann berekende de verwachte lichtverdeling en daarmee de kwaliteit van de wig van licht. “De berekeningen zijn belangrijk voor het optische ontwerp van het instrument”, zo vertelt hij. Het onderzoeksteam hoopt dat deze methode bijdraagt tot het maken een atlas van menselijke cellen.
Wetenschappers over de hele wereld werken aan driedimensionale beelden van alle cellen in het menselijk lichaam en de karakterisering van die cellen. Met deze “Human Cell Atlas” kunnen we beter begrijpen hoe fundamentele processen in ons organisme plaatsvinden. Zo kunnen we er ook achter komen hoe deze veranderen als een mens ziek wordt. De verwachting is dat we door dat inzicht tot betere behandelingen van ziektes kunnen komen.
