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Konnektomik – die Verbindungen neuronaler Netzwerke entwirren
Mikroskopieanwendungen für die Biowissenschaften

Konnektomik

Die Verbindungen neuronaler Netze entwirren

Forscher im Bereich der Konnektomik arbeiten an der möglichst vollständigen Rekonstruktion der Verbindungen im Gehirn und Nervensystem. Dies umfasst die Identifikation und Messung aller Teile eines jeden Neurons, d. h. Soma, Dendriten, axonaler Weg und Verzweigungsmuster, sowie die Kombination der Daten mit den Synapsen und Gap-Junctions des gesamten neuronalen Netzes.

Die Anforderungen an die Mikroskopie sind komplex. Denn zur Abbildung großer Proben aus dichtem und komplexem Gewebe benötigen Forscher Systeme, die eine Auflösung im Sub-Mikrometerbereich bei großen Arbeitsabständen ermöglichen.

Synapsen im Mäusegehirn, aufgenommen mittels FIB-SEM-Tomografie
Synapsen im Mäusegehirn, aufgenommen mittels FIB-SEM-Tomografie

Synapsen im Mäusegehirn, aufgenommen mittels FIB-SEM-Tomografie. Mit freundlicher Genehmigung von A.Merchán Pérez, J.R. Rodriguez, L. Alonso-Nanclares, J. DeFelipe, Universidad Politécnica de Madrid, Spanien

Synapsen im Mäusegehirn, aufgenommen mittels FIB-SEM-Tomografie. Mit freundlicher Genehmigung von A.Merchán Pérez, J.R. Rodriguez, L. Alonso-Nanclares, J. DeFelipe, Universidad Politécnica de Madrid, Spanien

Ultrahoch auflösendes 3D‑Imaging von Neuronen

Rasterelektronenmikroskope bieten die Spitzenauflösung, die Sie für die Visualisierung neuronaler Verbindungen benötigen. Serielles Block-Face-Imaging mit ZEISS GeminiSEM oder den in 3View integrierten Elektronenmikroskopen der ZEISS Sigma-Produktfamilie ermöglichen die Aufnahme ultrahoch auflösender 3D‑Bilder. Oder Sie visualisieren Neuronen in 3D mittels FIB-SEM-Tomografie mit ZEISS Crossbeam.

Großer Gewebeschnitt eines Mäusegehirns. Mit freundlicher Genehmigung von J. Lichtman, Harvard University, USA
Großer Gewebeschnitt eines Mäusegehirns. Mit freundlicher Genehmigung von J. Lichtman, Harvard University, USA

Großer Gewebeschnitt eines Mäusegehirns. Mit freundlicher Genehmigung von J. Lichtman, Harvard University, USA

Großer Gewebeschnitt eines Mäusegehirns. Mit freundlicher Genehmigung von J. Lichtman, Harvard University, USA

Rasterelektronenmikroskopie in Rekordgeschwindigkeit

ZEISS hat ein neues Multistrahl-Rasterelektronenmikroskop für das Imaging großer Probenbereiche entwickelt: die ZEISS MultiSEM Produktfamilie. In Kombination mit dem automatisierten Ultramikrotom für die Herstellung von Schnittbändern und der Anfertigung ultradünner Schnitte beschleunigt MultiSEM die Erfassung ultrahoch auflösender 3D‑Daten mittels Array-Tomographie erheblich. Das Mapping größerer Hirnschnitte (1 mm³) in hoher Auflösung ist nun in Reichweite.

Ultradünnschnitt eines Mäusegehirns. Mit freundlicher Genehmigung von M. Ocana, Harvard University, USA
Ultradünnschnitt eines Mäusegehirns. Mit freundlicher Genehmigung von M. Ocana, Harvard University, USA

Ultradünnschnitt eines Mäusegehirns. Mit freundlicher Genehmigung von M. Ocana, Harvard University, USA

Ultradünnschnitt eines Mäusegehirns. Mit freundlicher Genehmigung von M. Ocana, Harvard University, USA

Analyse ultrastruktureller Informationen in einem breiteren Kontext

Daten aus großen Sehfeldern, die Sie mit einem Weitfeldmikroskop wie ZEISS Axio Observer erfasst haben, können Sie mit ultrastrukturellen Informationen eines Rasterelektronenmikroskops verknüpfen. Denn mit ZEISS ZEN Connect haben Sie die Möglichkeit, Daten aus jeder Bildgebungsquelle von ZEISS miteinander zu kombinieren und Interaktionen zwischen den verschiedenen Bereichen des Gehirns und den beteiligten Nervenzellen zu beobachten.

Das Beispiel zeigt einen Ultradünnschnitt eines Mäusegehirns. Das Übersichtsbild (links) wurde mit einem Weitfeldmikroskop aufgenommen. Synapsin-1 wurde mit Alexa Fluor 647 (grün) gekennzeichnet, das die präsynaptischen Vesikel hervorhebt, und das mit Alexa Fluor 594 gekennzeichnete Gephyrin (rot) verdeutlicht Teile des postsynaptischen Proteinnetzwerks. Die Zellkerne wurden mit DAPI (blau) gefärbt. Das Übersichtsbild wurde zur Navigation und zur Relokalisierung relevanter Bereiche verwendet. Die Bildausschnitte (rechts) wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie aufgenommen.

Thy1-EGFP exprimierendes Mäusegehirn, nach einer modifizierten iDisco-Version geklärt
Thy1-EGFP exprimierendes Mäusegehirn, nach einer modifizierten iDisco-Version geklärt

Thy1-EGFP exprimierendes Mäusegehirn, nach einer modifizierten iDisco-Version geklärt, abgebildet mittels Lichtblattmikroskopie. Mit freundlicher Genehmigung von S. Gandhi, University of California Irvine, USA, und Translucence Biosystems, USA

Thy1-EGFP exprimierendes Mäusegehirn, nach einer modifizierten iDisco-Version geklärt, abgebildet mittels Lichtblattmikroskopie. Mit freundlicher Genehmigung von S. Gandhi, University of California Irvine, USA, und Translucence Biosystems, USA

Deep Tissue Imaging fluoreszierender Neurone mit optisch geklärtem Hirngewebe

Optische Klärungsverfahren haben die mikroskopische Untersuchung fluoreszenzmarkierter Neuronen tief im Gehirn ermöglicht. Lichtblattmikroskope wie das ZEISS Lightsheet 7 oder konfokale Mikroskope wie die Mikroskope der ZEISS LSM 9-Produktfamilie liefern 3D‑Bilder von Neuronen in geklärtem Hirngewebe mit scharfen Kontrasten und hoher Auflösung in erstaunlich kurzer Zeit.

  • Mit CLARITY geklärtes Mäusegehirn.

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    Mit Thy1-GFP markierte Neuronen, abgebildet mittels konfokaler Mikroskopie. Datensatz mit einer Tiefe von 800 µm. Mit freundlicher Genehmigung von T. Ruff, Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Deutschland.

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