Twee nieuw ontwikkelde methoden zullen onderzoekers helpen om de 3D-structuur van complexe oppervlakken en van individuele neuronen beter dan ooit te bestuderen. Sebastian Munck en Natalia Gunko, twee deskundige technologen aan VIB-KU Leuven, rapporteer nieuwe beeldvormingsprotocollen die de neurowetenschap en (bio)beeldvorming in het algemeen vooruit zullen helpen.

De biotech O&O-sector bloeit in Vlaanderen, en dit is niet in de laatste plaats te danken aan de aanwezigheid van veel technische ontwikkeling en knowhow, wetenschappers in staat stellen een weg te banen naar nieuwe inzichten en therapieën. Deze maand, twee collega's van VIB en KU Leuven rapporteren over nieuwe manieren om 3D-oppervlakken en de 3D-ultrastructuur van hersencellen te bestuderen.

Van Lego tot vliegen:BIJNA maakt ongekende 3D-oppervlaktebeeldvorming mogelijk

Recente ontwikkelingen in 3D-microscopie hebben een revolutie teweeggebracht in biomedisch onderzoek door de beeldvorming van hele modelorganismen zoals zebravissen en fruitvlieglarven, evenals geklaarde muizenembryo's en -organen mogelijk te maken. Vaak, echter, dit vereist het transparant maken van een monster met behulp van chemische 'clearing'-methoden, lichtmicroscopie-expert Sebastian Munck (VIB-KU Leuven):"Ophelderingsmethoden zijn tijdrovend en kunnen niet op elk type monster worden toegepast. als je oppervlaktemorfologie of kleur wilt bestuderen, optische clearing is contraproductief."

Daarom hebben Munck en zijn team BIJNA, een optische methode voor 3D-oppervlaktebeeldvorming van reflecterende ondoorzichtige objecten. Munck:"ALMOST staat voor 'a label-free multicolor optische oppervlaktetomografie'-methode. Het biedt een 3D-oppervlaktereconstructie van niet-transparante monsters, inclusief informatie over de kleur en reflecterende eigenschappen."

Munck is van mening dat veel onderzoeksgebieden zullen profiteren van deze eenvoudige manier om 3D-oppervlakken te documenteren en te kwantificeren, aangezien BIJNA kan worden toegepast op zowel biologische als niet-biologische monsters:"De mogelijkheid om het oppervlak van een middelgroot object in 3D vast te leggen opent perspectieven voor digitale opslagplaatsen van zoölogische en botanische collecties en maakt een link naar 3D-printen mogelijk van deze objecten. Van pigmentanalyse tot virtual reality, of zelfs kunst, de mogelijkheden zijn eindeloos." De wetenschappers illustreren dit mooi door niet alleen biologische monsters zoals fruitvliegjes en zaadkegels in beeld te brengen, maar ook Lego-figuren.

Van zilver naar goud:een eeuwenoude methode optimaliseren om neuronen in meer detail te bestuderen

Aan het eind van de 19e eeuw, Camillo Golgi ontwikkelde een methode om de lange uitsteeksels van individuele hersencellen te kleuren in wat hij 'de zwarte reactie' noemde. Nu aangeduid als de Golgi-methode, het protocol is in de loop der jaren verfijnd en bleek instrumenteel voor vele baanbrekende vorderingen in de neurobiologie. Hoe dan ook, het heeft ook enkele belangrijke nadelen, volgens Natalia Gunko (VIB-KU Leuven):"Golgi-kleuringstechnieken worden nog steeds veel gebruikt in onderzoek en klinische diagnostiek, maar ze zijn onverenigbaar met verdere studies van de subcellulaire architectuur van neuronen met elektronenmicroscopie vanwege de vorming van grote, elektronendichte zilverafzettingen die ultrastructurele details maskeren."

Om dit probleem op te lossen, Gunko en haar team pasten de Golgi-methode voor elektronenmicroscopie aan door zilverzouten te vervangen door goudzouten, wat resulteert in veel kleinere deeltjes die vaak worden afgezet aan de periferie van neuronen.

"Het is het eerste succesvolle gebruik van een op Golgi gebaseerde kleuringstechniek voor het traceren van neuronen over hun gehele lengte, het behoud van de ultrastructurele details, " zegt Gunko, die de techniek onmiddellijk toepaste om neuronale ultrastructuur te bestuderen in een model voor de ziekte van Alzheimer.

"We combineerden de Golgi-kleuring met fluorescerende labeling en weefselopruiming om ruimtelijke relaties tussen hele neuronen en amyloïde plaques in hersenmonsters van een Alzheimer-muismodel te visualiseren." Dit is maar één voorbeeld van het gebruik van de nieuwe methode in de fundamentele neurowetenschappen en de studie van neuronale morfologie bij hersenziekten.