Untersuchung des Sozialverhaltens von Zebrafischen mittels Multiphotonenmikroskopie

Herausforderung

Neil Merovitch, Doktorand am Kinderkrankenhaus der Universität Toronto, ist Neurowissenschaftler. Ein Grund für seine Arbeit ist, dass er selbst an einer Dystonie litt, einer Bewegungsstörung. Er sagt: „Der Schwerpunkt meiner aktuellen Forschung liegt auf dem Sozialverhalten von Zebrafischen. Zebrafische dienen als biologisches Modell in der Neurowissenschaft, da ihr Nervensystem einfach aufgebaut ist und ihre genetischen Eigenschaften denen des Menschen ähneln. Ich arbeite gemeinsam mit Kollegen daran, bestimmte Gehirnregionen zu untersuchen, die an der sozialen Erkennung beteiligt sind, sowie zu erforschen, wie die Verbindungen im Gehirn während dieses Prozesses gestärkt oder geschwächt werden.“ Er erklärt, dass bei einigen dieser Studien transgene Zebrafische zum Einsatz kommen, die das Protein Cofilin überexprimieren – ein Protein, von dem bekannt ist, dass es eine wichtige Rolle bei der Bildung und Modifikation von Verbindungen im Gehirn spielt. Wenn dieses Protein mit grün fluoreszierendem Protein (GFP) fusioniert wird, kann es unter dem Fluoreszenzmikroskop beobachtet werden. Einfach ausgedrückt möchte Neil mithilfe des GFP-Reportergens Veränderungen der Verbindungen abbilden, die mit sozialen Erinnerungen zusammenhängen. Diese Erinnerungen entstehen im Rahmen sozialer Interaktionen, beispielsweise bei der Unterscheidung zwischen neuen und vertrauten Zebrafischen. In den entsprechenden Experimenten wurden Fluoreszenz-Reportergene verwendet, deren Wellenlänge länger ist als die von GFP.

Lösung

Neil arbeitet seit jeher mit den Forschungsassistentinnen Georgiana Forguson und Daphne Tam zusammen und verfügt über die dafür idealen Forschungsinstrumente: ein hochmodernes Zwei-Photonen-Mikroskop, das mit zwei Coherent-Lasern ausgestattet ist. Einer davonist ein Axon-Laser mit einer festen Wellenlänge von920 nm, dereine hervorragende GFP-Zweiphotonenanregung ermöglicht; der andere ist Chameleon wellenlängenabstimmbarer Chameleon , der zusätzlich übereine feste Ausgangswellenlänge von 1040 nm verfügt. Diese beiden Laser ergänzen sich gegenseitig und liefern auch bei den für die Zweiphotonenanregung von roten Fluoreszenzmarkern erforderlichen langen Wellenlängen ausreichend Leistung. Beide Laser verfügen über eine integrierte Total Power Control (TPC)-Funktion, die eine schnelle Steuerung der Laserleistung ermöglicht, um die Bildgebung in größeren Tiefen zu vereinfachen und eine Quenching während schneller Abtastungen zu erreichen.

Neil ist der Ansicht, dass neben den optischen Eigenschaften (wie Wellenlängenabstimmung und Leistung) die TPC-Funktionen vonAxon Discovery einen der Hauptvorteile bei dieser Art der Echtzeitbildgebung darstellen. Er weist zudem darauf hin, dass der Abschluss eines Ersatzdienstleistungsvertrags mit Coherent von großer Bedeutung ist: „Sollten bei der Nutzung eines derCoherent auftreten,Coherent , sodass praktisch keine Ausfallzeiten entstehen – das gibt uns ein gutes Gefühl.“

Ergebnis

Bis zum Jahr 2022 berichtet Neil, dass er bereits neue Daten sammelt und analysiert, die mit diesem vielseitigen Mikroskop gewonnen wurden – siehe das Beispiel in der folgenden Abbildung. Er sagt: „Diese Arbeit wird uns hoffentlich zu einem umfassenderen Verständnis der neurologischen Grundlagen von Defiziten im sozialen Gedächtnis verhelfen, von denen einige Menschen mit neurologischen Entwicklungsstörungen und geistigen Behinderungen betroffen sind. Mein Ziel ist es, dass diese Arbeit eines Tages anderen Menschen helfen kann, so wie mir die Forschung zu Dystrophien geholfen hat.“

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