Neurone: „Lichterkette“ zeigt Erregungsweiterleitung an

Neurone

Mit der neuen Methode lässt sich die Ausbreitung elektrischer Signale in lebenden Nervenzellen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung beobachten. Dadurch lassen sich völlig neue Fragestellungen bearbeiten, die der Forschung bislang verschlossen waren.

Nervenzellen leiten elektrische Signale über biologische „Kabel“ - die Axone - an andere Nervenzellen weiter. Jede Nervenzelle ist von einer dünnen Membran umhüllt, die sie von ihrer Umgebung trennt. Im Ruhezustand befinden sich an der Außenseite dieser Membran viele positiv geladene Ionen, deutlich mehr als auf der Innenseite. Zwischen Innen und Außen besteht also eine elektrische Spannung. Neurowissenschaftler sprechen auch von einem Membranpotenzial.

Wenn ein Signal eine bestimmte Stelle des Axons passiert, ändert sich dieses Potenzial dort kurzzeitig. Prof. Dr. Istvan Mody vom Institut für Experimentelle Epileptologie und Kognitionsforschung (IEECR) des Universitätsklinikums Bonn und seine Mitarbeiter können diese Änderung sichtbar machen. Dazu hängen die Forscher den Nervenzellen gewissermaßen eine Lichterkette um. Das Besondere daran: Jedes Lämpchen dieser Kette trägt einen spannungsabhängigen Dimmer. Dadurch wird es dunkler, wenn sich das Membranpotenzial am Ort des Lämpchens ändert.

Die zweite Änderung betrifft den Dark Quencher: Die Verbindung, die normalerweise dafür eingesetzt wird, ist giftig und zudem hochexplosiv. Der neue Quencher ist dagegen völlig ungefährlich. Er reagiert außerdem noch schneller und empfindlicher auf kleinste Potenzial-Änderungen. Dadurch lassen sich bis zu 100 elektrische Pulse pro Sekunde sichtbar machen.

Die Methode erlaubt es, die Funktion von Nervenzellen zu beobachten, ohne sie dabei zu stören. Damit wird es zum Beispiel möglich, bei bestimmten neuronalen Erkrankungen einen genaueren Einblick in die damit verbundenen Fehlfunktionen zu bekommen. Letztlich ist sie ein neues vielversprechendes Werkzeug, um die Arbeitsweise des Gehirns besser zu verstehen.

Bild einer lebendigen im Labor gezüchteten Nervenzelle: Die Membran, die sie umgibt, leuchtet hell, da an ihrer Außenseite das fluoreszierende Protein sitzt. © Milan Pabst.