Sichtbares Spektakel der Neurotransmitter

Wer wollte nicht schon einmal wissen, wie es in seinem Kopf aussieht? Dabei ist nicht gemeint, wie das menschliche Gehirn aussieht, denn das wissen wir bereits, sondern wie die Vorgänge aussehen, die dort stattfinden. Wie sieht es aus wenn Nerven und Gehirnzellen durch Botenstoffe, sogenannte Neurotransmitter, miteinander kommunizieren und Reize weitergeben? Tatsächlich haben Forscher in den USA nun ein Verfahren entwickelt mit denen diese sowohl chemischen als auch elektrischen Abläufe zu einem sichtbaren Spektakel werden können.

Ein neues Sensormolekül

Um die Vorgänge sichtbar machen zu können, entwickelten Paul Slesinger und seine Kollegen der Icahn School of Medicine neuartige Sensormoleküle. Im Vergleich zu bisher entwickelten Sensormolekülen können diese „CNiFERs“, zu Deutsch Schnüffler, selektiv eingesetzt werden und reagieren dadurch nur auf einen ganz speziellen Botenstoff, während sie nicht wie bisher ähnliche Stoffe außen vor lassen. Das heißt, dass mit dieser neuen Methode Vorgänge spezieller Botenstoffe einzeln sichtbar gemacht werden und dadurch noch genauer beobachtet werden können.

Der Name der neu entdeckten Sensormoleküle ist nicht nur an das englische Wort „sniffler“, was übersetzt so viel wie „Schnüffler“ bedeutet, angelehnt, sondern heißt ausgeschrieben “cell-based neurotransmitter fluorescent engineered reporters”. Übersetzt man diesen Namen ins Deutsche würde man in etwa von „maßgeschneiderten, zellbasierten, fluoreszierenden Neurotransmittersensoren“ sprechen. Damit ist die Funktionalität der neu entwickelten Sensoren bereits recht genau beschrieben.

Die fluoreszierende Eigenschaft des neu entwickelten Sensormoleküls kann sowohl durch ein Mikroskop oder dank eines implantierten Glasfaserkabels betrachtet werden. Dadurch können die Forscher genau sehen in welcher Region des Gehirns bestimmte Botenstoffe ankommen oder weitergeschickt werden und wie lange diese an einer bestimmten Stelle aktiv sind.

Mäuse im Versuch

Um ihre neuen Sensormoleküle im Einsatz zu testen, konditionierten sie Mäuse. Zu diesem Zweck spielten sie einen bestimmten Ton ein und belohnten die kleinen Nager für das Zuhören mit Futter. Dabei konnten sie beobachten wie in einer bestimmten Region des Gehirns sowohl Dopamin als auch Norepinephrin ausgeschüttet, als Reaktion auf das Futter.

Als Folge der Konditionierung schütteten die Mäuse nach einiger Zeit schon beim Hören des speziellen Tons diese Botenstoffe aus, weil sie den gehörten Ton automatisch mit einer Belohnung in Verbindung brachten. Auf die erwartete Belohnung reagierte das Gehirn also nach der Konditionierung mit den Botenstoffen Dopamin und Norepinephrin, die durch die neuen Sensormoleküle sichtbar gemacht werden konnten.

Übertragung auf den Menschen

Ähnliche Abläufe im Gehirn laufen bei der Entstehung einer Sucht ab. Das Gehirn gewöhnt sich an einen vermeintlich positiven Effekt bei der Einnahme eines bestimmten Stoffes oder infolge einer speziellen Handlung, wodurch es eben darauf konditioniert wird. Deshalb möchten Slesinger und seine Kollegen in Zukunft ihre neuen Sensormoleküle für die Erforschung von Suchterkrankungen einsetzen.