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Wegweiser durch den Rennmauskopf

(17.10.16) Ein Team aus Magdeburg und München hat das Gehirn der Wüstenrennmaus kartographiert. Mit dem Atlas lassen sich die Hirnareale der Versuchstiere nun gezielt über die Schädelstrukturen ansteuern.

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© pets4homes.co.uk

Sie ist nicht nur ein beliebtes Haustier, sondern dient der medizi­nischen, physiologischen und psychologischen Grundlagenforschung auch als Modellorganismus: die ursprünglich aus der Steppe Zentralasiens stammende Mongolische Rennmaus (Meriones unguiculatus), auch bekannt als Wüstenrennmaus oder Gerbil. Dafür gibt es mehrere Gründe: Zum einen sind die Nager einfach zu halten, sehr robust und äußerst fortpflanzungsfreudig. Zum anderen verläuft ihre späte vorgeburtliche Entwicklung im Vergleich mit Hamstern und Mäusen langsamer, so dass sich beispielsweise Wirkstoffkandidaten zeitlich besser abgestimmt testen lassen.

Vielseitiges Modelltier

Vor allem aus der Neuro(bio)logie sind die putzigen Tiere nicht mehr wegzudecken, lassen sich an ihnen doch Entwicklung, Plastizität und Alterung des Gehirns nachvollziehen und experimentell beeinflussen. Da auch die Kurve ihrer Hörempfindlichkeit der des Menschen bis zu einer Frequenz von zehn Kilohertz stark ähnelt, eignen sich Rennmäuse überdies hervorragend für die Erforschung des menschlichen Hörsinns.

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Weiterhin dienen sie als Modellorganismus für die Erforschung von Infektionen des Zentralnervensystems, von erblichen Formen der Epilepsie wie auch von Schlaganfällen. Letztere lassen sich aufgrund eines unvollständigen Arterienrings bei den Rennmäusen besonders leicht künstlich herbeiführen, indem einfach die gemeinsame Kopfschlagader einseitig abgeschnürt wird.

Für die Untersuchung und Manipulation von bestimmten Hirnbereichen ist indes deren genaue Lokalisation entscheidend. Praktisch wäre hierbei, bereits anhand von „Landmarken“ des Schädels sicher erkennen zu können, wo sich welche Hirnstruktur befindet, um beispielsweise Elektroden zu implantieren oder Infektionen auszulösen. Zeitraubende Voruntersuchungen, die dazu noch mitunter Tierleben kosten, ließen sich so reduzieren.

Aus diesem Grund wurde bereits in den 1970er Jahren das Rennmausgehirn kartiert – und das sogar gleich zweimal. Die Verwendbarkeit dieser Atlanten ist allerdings aufgrund methodischer Probleme begrenzt. Um nur zwei Nachteile zu nennen: Bei der Erstellung des einen Atlas wurde das starke Schrumpfen des Gehirns durch die chemische Fixierung nicht korrigiert; die andere Kartierung verwendete eine Schnittebene, die deutlich von derjenigen abweicht, die üblicherweise bei Nagern wird.

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Abgleich mit In-vivo-Daten

Abhilfe leistete nun Eike Budinger vom Leibnitz-Institut für Neurobiologie in Magdeburg zusammen mit seinen Kollegen Susanne Radtke-Schuller und Gerd Schuller von der LMU München sowie Forschern aus der Magdeburger Universitätsklinik und dem dortigen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (Brain Struct. Funct. 221 (Suppl 1): 1-272). Gemeinsam erstellten sie einen stereotaktischen Atlas, der histologische Aufnahmen mit bildgebenden Verfahren kombiniert. Als Stereotaxie bezeichnet man Behandlungs­methoden, bei denen durch bildgesteuerte und computerassistierte Zielführungs­systeme, wie etwa Magnetresonanz­tomographie oder Computertomographie, eine genaue Lokalisations­kontrolle möglich ist, so dass therapeutische Maßnahmen sehr gezielt durchgeführt werden können. Hierzu gehören beispielsweise Bestrahlungen, Operationen oder auch Stimulationen von Gehirnregionen zur Bekämpfung von Bewegungsstörungen, chronischen Schmerzen oder Depressionen.

Bei den histologischen Aufnahmen handelte es sich um hochauflösende Bilder von Frontalschnitten, auf denen abwechselnd Zellkörper und Myelinfasern gefärbt wurden. Diese verknüpften Budinger und Co.  mit In-vivo-Aufnahmen aus der Magnetresonanz­tomographie, mit der sich das Hirngewebe sichtbar machten. Dadurch konnten sie die Verzerrungen der histologischen Daten korrigieren, die aufgrund der Fixierung der Gewebepräparate entstanden waren – so dass die genaue Identifizierung von Gehirnstrukturen möglich war. Im nächsten Schritt glichen sie dann die Daten dieser Weichteilanalyse mit Informationen zur Lage der Schädelknochen ab. Diese stammten aus einer Computertomographie, bei der viele, aus verschiedenen Richtungen aufge­nommene Röntgenaufnahmen den Rennmausschädel in der Summe möglichst genau abbildeten.

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700 Gehirnstrukturen auf 272 Seiten

Das Team identifizierte auf diese Weise insgesamt mehr als 700 Gehirnstrukturen, deren Lage nun mit Hilfe von markanten Strukturen auf dem Schädel der Maus bereits von außen genau bestimmt werden kann. Als „Landmarken“ dienten dabei die Knochennähte des Schädels. So lassen sich in zukünftigen Experimenten alle Gehirnstrukturen gezielt ansteuern – und das ganz ohne aufwändige Vorversuche.

Der frei verfügbare Atlas ermöglicht einen tiefen Einblick in die Strukturen des Rennmaus­gehirns – was laut Budinger beispielsweise „Menschen mit Innenohr-, Großhirn- oder Tiefenhirnelektroden zu Gute kommen kann, bei denen das Implantat mit Hilfe der verbesserten Grundlagenforschung an Wüstenrennmäusen besser angepasst werden kann.“

Hirnelektroden werden heute bereits bei einer Vielzahl von Krankheiten eingesetzt. So können Implantate im Innenohr oder im für das Hören zuständigen Großhirnbereich (Cochlea- und Cortexprothesen) bei bestimmten Formen von Taubheit Abhilfe schaffen. Die gezielte Stimulation tiefer liegender Hirnbereiche durch implantierte Elektroden („Hirnschrittmacher“) lindert dagegen Bewegungsstörungen von Parkinsonpatienten wie auch gewisse Symptome bei Epilepsie, Depressionen oder  Zwangserkrankungen wie dem Tourette-Syndrom.

Zwar lässt sich die Topografie des Nagergehirns natürlich nicht eins zu eins auf das menschliche Gehirn übertragen. Dennoch könnte der Weg­weiser durch das Rennmausgehirn indirekt dabei helfen, die oben genannten Therapieverfahren beim Menschen einfacher und sicherer zu machen, da entsprechende Vorversuche am tierischen Modellsystem zielgenauer durchgeführt werden können.

Larissa Tetsch



Letzte Änderungen: 08.11.2016

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