Turen in doorzichtig muizenbrein

Een nieuwe techniek onthult de zenuwbanen in een muizenbrein. Zenuwcellen én grotere hersenstructuren zijn nu in één keer in beeld te brengen.

Onmogelijk was het tot nu toe, om complete zenuwnetwerken te volgen in het brein. Maar Duitse hersenonderzoekers en Oostenrijkse specialisten in de bio-elektronica hebben nu een manier gevonden om naar een groot stuk driedimensionaal weefsel te kijken tot op celniveau. Ze maakten muizenhersenen doorzichtig als glas, en konden zo aangekleurde zenuwbanen met hun nieuwe microscopische techniek volgen door het hele brein (Nature Methods, april).

Met deze nieuwe techniek zullen in de toekomst verrassende zenuwbanen ontdekt kunnen worden. Deze verbindingen tussen hersengebieden worden steeds belangrijker in het onderzoek.

Om plaatjes van hersens te maken hebben hersenonderzoekers tegenwoordig een keur aan technieken tot hun beschikking. Er zijn hersenscanners, zoals de MRI-scanner, de PET-scanner en de CT-scanner. Ook bestaan er geavanceerde microscopen om tot in het kleinste detail naar cellen te kijken. Maar het was tot nu toe het een of het ander: de beelden uit de scanners laten geen individuele cellen zien, maar er zijn wel goed driedimensionale beelden mee te bouwen van het hele brein. En omgekeerd kun je met microscopen wel naar individuele cellen kijken, maar dan is het reconstrueren van het hele brein weer lastiger. Hoe kleiner het niveau waarop onderzoekers kunnen kijken, hoe meer ze het overzicht verliezen.

Het doel van Hans-Ulrich Dodt en zijn collega’s was een intact brein uit een muis te halen en dat te bekijken op celniveau. Daartoe stoften zij een honderd jaar oud idee af: dan van de ultramicroscopie. Bij die techniek beschijnen onderzoekers het stukje weefsel waarin zij geïnteresseerd zijn van de zijkant met een dunne laag licht. De op die manier beschenen cellen weerkaatsen dat licht, gevoelige detectoren boven het weefsel vangen het op, en onderzoekers kunnen dan specifiek dat laagje cellen bestuderen.

Er was alleen een probleem bij het toepassen van deze techniek op muizenhersenen: het weefsel moet doorzichtig zijn, anders zie je dat teruggekaatste licht niet. Daarom maakten de vernuftige onderzoekers het muizenbrein zo transparant als glas. dat deden ze door het twee dagen lang te doorweken met een speciale vloeistof (een deel benzylalcohol en twee delen benzylbenzoaat), die het licht op dezelfde manier breekt als de vaste structuren in hersenweefsel doen. De vloeistof komt in plaats van het vocht dat normaal in en tussen zenuwcellen zit. Op die manier wordt licht niet meer gebroken door het hersenweefsel en gaat het ongehinderd door de hersenen heen.

Om de zenuwcellen zichtbaar te maken in een verder doorzichtig brein gebruikten Dodt en de zijnen in het laboratorium aangepaste muizen. Die hadden een groep zenuwcellen in hun brein die groen licht uitstraalden wanneer er blauw laserlicht op scheen. Met een dunne laag blauw laserlicht ‘sneden’ de onderzoekers een heleboel optische plakjes achter elkaar in het doorzichtige muizenbrein. In elk plakje zaten dwarsdoorsneden van de groene zenuwcellen: van het cellichaam, of van de uitlopers. Per computer stapelden de onderzoekers die virtuele plakjes op elkaar, en zo konden ze de groene cellen met hun uitlopers in drie dimensies reconstrueren.

Muizenembryo’s en breinen van muizen tot tien dagen oud werden volledig doorzichtig, en waren het best te bestuderen. In breinen die ouder waren dan twee weken, werden sommige structuren niet meer transparant.

Met de nieuwe techniek kunnen hersenonderzoekers veel te weten komen over hoe zenuwnetwerken lopen, en of die bijvoorbeeld veranderd zijn na het leren van iets nieuws.