Stanford-Forscher machen Mäuseköpfe durchsichtig und beobachten, wie Nervenzellen sich vernetzen

Das Gehirn verändert sich in den ersten Lebensjahren am stärksten. Nervenzellen bilden neue Verbindungen, alte Kontakte werden gekappt, ganze Netzwerke reifen aus. Gerade in dieser Phase legen sich viele Grundlagen für Verhalten, Lernen und Gesundheit. Doch bisher war es kaum möglich, diesen Prozess in Echtzeit zu verfolgen. Forscher an der Stanford University haben nun ein Verfahren vorgestellt, das einen direkten Blick in das Gehirn junger Mäuse erlaubt.

Dafür genügt es, die Kopfhaut der Tiere mit einer speziellen Lösung zu bestreichen. Das Gewebe wird durchsichtig, und die Wissenschaftler können wiederholt und ohne Operationen beobachten, wie sich Nervenverbindungen in lebenden Tieren entwickeln.

So wird Knochen durchsichtig

Das Verfahren nutzt einen physikalischen Effekt: Normalerweise streut die Haut das Licht, ähnlich wie Nebel die Sicht auf eine Landschaft verschleiert. Mit dem Stoff Ampyron veränderten die Forscher den Brechungsindex des Wassers in der Hautzellen. Das Gewebe wurde für das gesamte sichtbare Spektrum durchlässig.

„Von einer physikalischen Perspektive sind wir im Grunde ein Beutel aus Wasser mit Biomaterialien“, sagte Mitautor Mark Brongersma. „Und der Unterschied in den optischen Eigenschaften ist der Grund, warum wir nicht durch die Haut sehen können.“

Transparenter Schädel macht Gehirnentwicklung messbar

Der Effekt hielt mehrere Stunden an und verschwand dann wieder. Nach Angaben des Teams blieb die Haut unversehrt, auch innere Organe wurden nicht belastet. So konnten die Forscher dieselben Tiere mehrfach untersuchen. Besonders wertvoll sei die Möglichkeit, dieselben Nervenzellen über Tage und Wochen hinweg im Blick zu behalten. Studienleiter Guosong Hong zeigt sich fasziniert:

Das öffnet ein buchstäbliches Fenster, um in die Entwicklung des Gehirns zu schauen.

Nervenzellen in Echtzeit bei der Arbeit zuschauen

Das Verfahren erlaubt nicht nur Aufnahmen der Strukturen, sondern auch der Aktivität. Dafür nutzten die Wissenschaftler fluoreszierende Proteine, die in Farben wie Grün oder Gelb leuchten. So wurde sichtbar, wie Nervenzellen Signale austauschten oder auf äußere Reize reagierten.

Die Forscher konnten zum Beispiel beobachten, wie die Mäuse auf einen Luftstoß gegen ihre Schnurrhaare reagierten. Solche Reaktionen ließen sich über mehrere Wochen hinweg verfolgen, bis die Tiere ein Alter von rund vier Wochen erreicht hatten, das entspricht beim Menschen in etwa der Jugendzeit.

Technik baut auf Zusammenspiel von Physik, Chemie und Biologie

Schon in einer früheren Arbeit hatte das Team eine Lösung vorgestellt, die Gewebe für rotes Licht durchlässig machte. Mit der neuen Variante gelingt dies nun im gesamten sichtbaren Spektrum. Dadurch können viele weitere Farbstoffe genutzt werden, die in der Neurobiologie Standard sind.

„Die Tatsache, dass solche fundamentalen Gesetze der Optik in einem biologischen System funktionieren, ist für mich einfach erstaunlich“, sagte Brongersma. „Es war nicht klar, ob Physik, Chemie und Biologie wirklich zusammenspielen würden.“

Mögliche Anwendungen in Medizin und Forschung

Die Methode ist zunächst ein Werkzeug für die Grundlagenforschung. Gleichzeitig zeigt sich, dass sie auch für die Medizin interessant werden könnte – viele Erkrankungen des Nervensystems entstehen bereits in der frühen Entwicklung des Gehirns.

• Früherkennung: Auffällige Veränderungen in der Vernetzung von Nervenzellen könnten Hinweise auf Störungen wie Autismus oder ADHS liefern.
• Therapietests: Medikamente könnten direkt in ihrer Wirkung auf Hirnnetzwerke überprüft werden, ohne dass invasive Eingriffe nötig sind.
• Langzeitbeobachtung: Entwicklungsschritte lassen sich über Wochen hinweg an denselben Strukturen dokumentieren.

Kurz zusammengefasst:

• Mit einer speziellen Lösung machten Forscher der Stanford University die Kopfhaut junger Mäuse vorübergehend durchsichtig.
• Dadurch konnten sie die Gehirnentwicklung über Wochen hinweg in Echtzeit beobachten, ohne Operationen oder Schäden für die Tiere.
• Die Methode eröffnet neue Chancen, Störungen wie Autismus oder ADHS besser zu verstehen und Therapien gezielter zu entwickeln.

Übrigens: Schon wenige Minuten Stress genügen, um Gehirn, Herz und Hormone spürbar aus dem Gleichgewicht zu bringen – mit gezielten Strategien lässt sich aber die Balance bewahren. Mehr dazu in unserem Artikel.

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