Neurowissenschaften

Januar 22, 2025

Neurowissenschaften

In den Neurowissenschaften müssen häufig herausfordernde komplexe Proben mit einem Mikroskop untersucht werden, um das Nervensystem besser zu verstehen.

In den Neurowissenschaften müssen häufig herausfordernde komplexe Proben mit einem Mikroskop untersucht werden, um das Nervensystem besser zu verstehen. Leica Microsystems stellt Ihnen eine umfassende Palette an Bildgebungslösungen zur Verfügung, mit denen Sie diese Herausforderungen bewältigen können.

Neurowissenschaftliche Forschung

Neurowissenschaften sind ein multidisziplinäres Gebiet, in dem Struktur und Funktion des Nervensystems untersucht werden. Ziel ist es, die Entwicklung kognitiver und Verhaltensprozesse zu verstehen sowie Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson zu verstehen und Therapien für sie zu finden.

Der Einsatz von Mikroskopietechniken ist entscheidend, um das Nervensystem auf zellulärer und subzellulärer Ebene zu visualisieren und molekulare Veränderungen im zellulären Kontext zu betrachten. Neueste Entwicklungen bei der Bildgebung in großer Tiefe haben weitere Einblicke in die neuronalen Funktionen geliefert. Neue Technologien wie die Markierung genetischer Zellen und die Optogenetik ergänzen diese Entwicklungen.

Neuronale Zellen – Nukleus (DAPI, blau), Tubulin (Cy3, grün), Nestin (Cy5, rot), DCX (Cy2, magenta). Aufgenommen mit dem DMi8 S System

Herausforderungen bei der Bildgebung in der neurowissenschaftlichen Forschung

Die Erforschung des Nervensystems erfordert häufig die Kombination von hoher Auflösung, tiefer Bildgebung und Visualisierung großer Schnitte. Sie benötigen auch Flexibilität, um verschiedene Arten von Proben abzubilden, z. B. lebende Zellen, Gewebe, Organoide und Modellorganismen.

Die Untersuchung schneller dynamischer Prozesse wie Zelltransport oder synaptisches Remodelling erfordert den Einsatz von Hochgeschwindigkeitsmikroskopie. Eine der größten Herausforderungen der Hochgeschwindigkeitsmikroskopie besteht darin, hochauflösende Bilder zu erfassen und gleichzeitig eine Fluoreszenzsättigung zu vermeiden.

Die neurowissenschaftliche Forschung umfasst häufig die großflächige und volumetrische Bildgebung. Die Notwendigkeit, die Fluoreszenzstreuung und das Hintergrundsignal zu reduzieren, kann die Erfassung von Bildern mit hohem Kontrast und hoher Auflösung erschweren, die jedoch besonders wichtig sind, wenn die neuronale Architektur in dichten Geweben wie Hirnschnitten untersucht wird.

Kultivierte kortikale Neuronen. Z-Stapel von 59 Ebenen (Dicke: 21 µm). Probe zur Verfügung gestellt von FAN GmbH, Magdeburg.

What are the Challenges in Neuroscience Microscopy?

eBook outlining the visualization of the nervous system using different types of microscopy techniques and methods to address questions in neuroscience.

Virally labeled neurons (red) and astrocytes (green) in a cortical spheroid derived from human induced pluripotent stem cells. THUNDER Model Organism Imagerwith a 2x 0.15 NA objective at 3.4x zoomwas used to produce this 425 μm Z-stack (26 positions), which is presented here as an Extended Depth of Field(EDoF)projection.

Neuroscience Images

Neuroscience commonly uses microscopy to study the nervous system’s function and understand neurodegenerative diseases.

The role of extracellular signalling mechanisms in the correct development of the human brain

How do Cells Talk to Each Other During Neurodevelopment?

Professor Silvia Capello presents her group’s research on cellular crosstalk in neurodevelopmental disorders, using models such as cerebral organoids and assembloids.

Brain organoid section (DAPI) acquired using THUNDER Imager Live Cell. Image courtesy of Janina Kaspar and Irene Santisteban, Schäfer Lab, TUM.

Imaging Organoid Models to Investigate Brain Health

Imaging human brain organoid models to study the phenotypes of specialized brain cells called microglia, and the potential applications of these organoid models in health and disease.

Mikroskopiemethoden für die neurowissenschaftliche Forschung

Die Untersuchung des Nervensystems beruht typischerweise auf konfokaler Mikroskopie zur hochauflösenden Abbildung von Ereignissen und Strukturen. Für eine tiefere in vivo-Bildgebung wird die Multiphotonenmikroskopie verwendet, da ihre Fähigkeit zur Verwendung einer Anregung im nahen Infrarotbereich die Lichtstreuung verringert und eine tiefe Bildgebung mit minimaler Invasivität ermöglicht. Lichtblattmikroskopie wird auch für lichtempfindliche oder 3D-Proben bevorzugt. Sie verringert die Phototoxizität und bietet intrinsische optische Schnitte und 3D-Bildgebung.

Optogenetik ist eine Methode, bei der die neuronale Aktivität mithilfe von Licht gesteuert wird, was die Untersuchung spezifischer neuronaler Netzwerke und der Signalübertragung von Zellen ermöglicht. Sie erfordert die Expression von lichtempfindlichen Proteinen in der neuronalen Zellmembran. Die Untersuchung von Ereignissen im Nanobereich mithilfe der Optogenetik in Kombination mit einer im Millisekundenbereich zeitgesteuerten Präzisionsverglasung ist eine vielversprechende Technologie, um bestimmte Zeitpunkte innerhalb eines dynamischen Prozesses zu untersuchen.
Elektrophysiologie ist die Untersuchung der elektrischen Eigenschaften von Geweben und Zellen und umfasst die Untersuchung der elektrischen Eigenschaften von Neuronen. Die Funktion von Nerven- und Muskelzellen beruht auf Ionenströmen, die durch Ionenkanäle fließen. Eine Möglichkeit zur Untersuchung von Ionenkanälen ist die Patch Clamp Technik Diese Methode ermöglicht die detaillierte Untersuchung von Ionenkanälen und die Aufzeichnung der elektrischen Aktivität verschiedener Zelltypen, hauptsächlich erregbarer Zellen wie Neuronen.