Neues biolumineszentes Werkzeug misst Aktivität in Gehirnzellen ^{CEFR B2}

In einer Studie in Nature Methods stellen Forschende ein neues biolumineszentes Werkzeug vor, den Ca2+ BioLuminescence Activity Monitor (CaBLAM). Die Entwicklung wurde von Nathan Shaner an der University of California, San Diego geleitet. CaBLAM kann einzelne Zellen und sogar subzelluläre Bereiche mit hoher zeitlicher Auflösung überwachen und funktioniert in Modelltieren wie Mäusen und Zebrafischen.

Im Gegensatz zur Fluoreszenz, die von außen beleuchtet werden muss, erzeugt Biolumineszenz Licht innerhalb der Zelle, wenn ein Enzym ein kleines Molekül abbaut. Deshalb entfallen starke externe Lichtquellen, es gibt kein Photobleaching und weniger phototoxische Effekte, und aufwändige Hardware wie Laser oder Glasfasern wird nicht benötigt. Außerdem ist biolumineszentes Licht vor einem dunklen Hintergrund leichter zu erkennen, weil Gehirngewebe keine eigene Biolumineszenz erzeugt; äußere Beleuchtung kann dagegen Autofluoreszenz und Streuung erzeugen, die Bilder abschwächen.

Die Autoren zeigen, dass sich Signale durch genetisch veränderte, biolumineszent leuchtende Neuronen oft besser detektieren lassen, selbst wenn Licht durch Gewebe gestreut wird. In einem Experiment führten sie eine fünfstündige, ununterbrochene Aufnahme durch, ein Zeitraum, der mit Fluoreszenzmethoden schwer zu realisieren ist.

Das 2017 gestartete Bioluminescence Hub arbeitet an weiteren Projekten, etwa daran, wie Zellen Licht senden können, das benachbarte Zellen detektieren, und an calciumbasierten Steuerungsverfahren. Ein Schwerpunkt ist die Entwicklung heller, kalziumsensitiver Sensoren. Mindestens 34 Forschende aus Partnerinstitutionen, darunter mehrere Universitäten, beteiligten sich; die Arbeit wurde von den National Institutes of Health, der National Science Foundation und der Paul G. Allen Family Foundation gefördert.