3D-Blick ins Gehirn

  • 30. May 2011

Röntgen-Methode kann helfen, Hirnerkrankungen besser zu verstehen.

Ein internationales Team von Forschenden aus Dänemark, Deutschland, der Schweiz und Frankreich hat eine Methode entwickelt, mit der man detaillierte Röntgenbilder von Hirngewebe erstellen kann. An der vom Paul Scherrer Instituts betriebenen Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS erstellten die Forscher dreidimensionale Aufnahmen, anhand derer Schäden der Myelin-Scheide der Nervenfasern, die beispielsweise zu Multiple Sklerose führen, sichtbar werden.

Die Myelinscheide umgibt als dünne Schicht die Axone der Nervenzellen. Diese Myelin-Schichten sorgen für eine schnelle Weiterleitung der Nervensignale. Änderungen oder Ausfälle dieser Funktion werden mit degenerativen Gehirnkrankheiten, wie Multipler Sklerose in Verbindung gebracht. Um dies untersuchen zu können, kombinierten die Forscher zwei bekannte Untersuchungsmethoden: die Raster-Kleinwinkelstreuung und die Computertomographie (CT). Damit konnten sie in dem Hirn einer Ratte Variationen in den Myelinscheiden untersuchen – ganz ohne das Hirn aufschneiden zu müssen.

Mit der hochintensiven Röntgenstrahlen der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS führten die Forscher die Raster-Kleinwinkelstreuung durch. Dabei richteten sie einen dünnen Röntgenstrahl auf die Probe. Aus der Ablenkung der Strahlen lässt sich auf den Aufbau der untersuchten Probe schließen. Durch Wiederholung des Vorgangs an mehreren tausend Punkten erhielten sie ein detailliertes Bild des Probeninneren. Allerdings enthielten die so gewonnenen Abbildungen noch keine Tiefeninformation.

 Abb.: Die Bilder zeigen dreimal denselben Schnitt durch das Hirn einer Ratte. a: Diese Abbildung zeigt die Ergebnisse der Kleinwinkelstreumessung, die als anatomische Karte des Rattenhirns genutzt werden können. Mit dem von den Forschern entwickelten Verfahren kann die Myelin-Konzentration (b) sowie die Schwankungen der Dicke (17 und 18,2 Nanometer) der Myelinschicht im Gehirn ermittelt werden. (Bild: PSI)

Abb.: Die Bilder zeigen dreimal denselben Schnitt durch das Hirn einer Ratte. a: Diese Abbildung zeigt die Ergebnisse der Kleinwinkelstreumessung, die als anatomische Karte des Rattenhirns genutzt werden können. Mit dem von den Forschern entwickelten Verfahren kann die Myelin-Konzentration (b) sowie die Schwankungen der Dicke (17 und 18,2 Nanometer) der Myelinschicht im Gehirn ermittelt werden. (Bild: Niels-Bohr-Institut, Kopenhagen)

Um dreidimensionale Bilder zu bekommen, griffen die Forscher auf das Konzept der CT zurück, bei der ein Objekt aus verschiedenen Richtungen von Röntgenstrahlen durchleuchtet wird und ein Bilddetektor jedes Mal die Schattenwürfe des menschlichen Körpers aufnimmt. Entsprechend gingen die Forscher bei der Raster-Kleinwinkelstreuung vor. Dabei mussten für ein dreidimensionales Bild insgesamt 800.000 einzelne 2-D-Bilder verarbeitet werden.

Auf diese Weise war es den Forscher möglich, Details der Myelinscheiden der Nervenzellen mit Schichten von nur 17,6 Nanometern Dicke zu unterscheiden. Bisher musste man immer kleine Stücke aus der Probe herausschneiden und analysieren, um ähnliche Information zu erhalten. Das neue Verfahren wird Reihenuntersuchungen bezüglich Dicke und Konzentration des Myelins im Zusammenhang mit verschiedenen Krankheitsbildern ermöglichen. Mit diesem Wissen könnten dann neue Therapien für verschiedene Erkrankungen entwickelt werden.

PSI / MH

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