14.01.2010 - Angewandte Chemie

3D-Blick ins Gehirn

Räumliche Verteilung von Biomolekülen in Substrukturen des Maushirns per Massenspektrometrie

Ein ganz neuer Blick ins Gehirn von Mäusen hat sich einem Team um R. Graham Cooks von der Purdue University (West Lafayette, USA) eröffnet. Mit massenspektroskopischen Methoden und bildgebenden Verfahren ist es ihnen gelungen, dreidimensionale Bilder zu erzeugen, die die räumliche Verteilung bestimmter Biomoleküle in Unterstrukturen des Maushirns widerspiegeln, wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten.

Die Massenspektroskopie (MS) ist eine Methode, bei der Moleküle anhand ihrer Masse getrennt und identifiziert werden können. Die Kombination mit bildgebenden Verfahren macht es möglich, die zweidimensionale Verteilung von Molekülen, wie Wirkstoffen, Proteinen und Lipiden, auf der Oberfläche einer biologischen Probe hochspezifisch darzustellen. Gewebeschnitte werden dazu einfach gemäß vereinfachten histologischen Standardverfahren vorbereitet. Für die MS-Analyse müssen dann Moleküle von der Oberfläche abgetragen, ionisiert und in die Gasphase überführt werden. Die Forscher setzten dazu die so genannte Desorptions-Elektrospray-Ionisation (DESI) ein, eine Ionisationsmethode, die Cooks Team vor einigen Jahren entwickelt hatte. Cooks: „Besonderer Vorteil ist, dass die Proben an der Luft untersucht werden können, während die etablierten bildgebenden MS-Verfahren eine spezielle Oberflächenbehandlung und eine Ionisation unter Vakuum voraussetzen.“

Die Forscher präparierten Serien von Dünnschnitten aus Mäusehirn und analysierten deren Lipid-Zusammensetzung. Zwei verschiedene massenspektroskopische Muster wurden beobachtet. Sie lassen sich der grauen und der weißen Masse des Gehirns zuordnen, die sich in ihrer Lipid-Zusammensetzung unterscheiden.

Aus einem Satz der 2D-Daten konstruierten die Forscher 3D-Bilder, die jeweils einen Lipid-Hauptbestandteil räumlich kartieren. Durch Übereinanderlegen dieser 3D-Datensätze erzeugten sie ein Modell des Mäusehirns, in dem sich anatomische Einzelheiten erkennen lassen. Weitere Biomoleküle können nun aufgezeichnet und deren 3D-Bilder ebenfalls über das Modell gelegt werden. So lässt sich ermitteln, in welchen Hirnarealen die entsprechenden Substanzen bevorzugt vorkommen. „Wir erhoffen uns davon ein besseres Verständnis über die biochemischen Vorgänge im Hirn,“ so Cooks. „Außer dem Gehirn wollen wir nun auch andere Organe auf diese Weise kartieren.“

Originalveröffentlichung: R. Graham Cooks et al.; "Three-Dimensional Vizualization of Mouse Brain by Lipid Analysis Using Ambient Ionization Mass Spectrometry"; Angewandte Chemie

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