Foto: Laborantin mit Mikroskop 
Vom Mikroskop zum 3D-Modell
mittels smarter Software
© PHIL

Eine Forschergruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Klaus Obermayer vom Institut für Softwaretechnik und Theoretische Informatik der TU Berlin haben ein halbautomatisiertes Verfahren entwickelt, mit dem die dreidimensionale Struktur von Neuronen in relativ kurzer Zeit exakt rekonstruiert werden kann. Mit Hilfe modernster Bildverarbeitungsmethoden und fortgeschrittener Software erlaubt das Verfahren, ein komplexes Neuron in nur wenigen Stunden zu rekonstruieren. Mit klassischen Methoden dauerte so etwas einen ganzen Arbeitstag.

Um die Struktur der Zellen in einem Gewebe zu untersuchen, müssen diese prinzipiell mit Fluoreszenzfarbstoffen angefärbt und im Mikroskop Ebene für Ebene abgetastet werden. Aus Hunderten von aufeinander folgenden Schichtaufnahmen kann dann der Forscher ein dreidimensionales Modell einzelner Neurone rekonstruieren. Da die Dendriten der Neurone kreuz und quer durch die Schichten verlaufen, ist dies ein sehr mühsames Verfahren.

Bisherige Ansätze, diese zeitraubende und schwierige Aufgabe zu automatisieren, haben einen gravierenden Nachteil: Der Anwender verliert die Kontrolle über das, was die Maschine tut. Jede Färbung hat ein Hintergrundrauschen - unspezifische Fluoreszenzfärbung außerhalb des gefärbten Neurons. Zu "entscheiden", welche Fluoreszenz dem Neuron zuzuschreiben ist und welche nicht, ist für ein Softwareprogramm zur Neuronrekonstruktion nicht so ohne weiteres möglich.

Bei dem neuen halbautomatischen Verfahren werden vom Anwender die End- und Verzweigungspunkte der Dendriten markiert. Dazu wird auch festgelegt, welche der markierten Punkte direkt durch ein dendritisches Segment miteinander verbunden sind. Von der Software wird anhand der Initialisierung und der Bilddaten sowohl der Verlauf als auch die Oberfläche der einzelnen Dendriten exakt rekonstruiert. Der Anwender kann das Resultat manuell nachbessern, um einzelne Rekonstruktionsfehler zu beseitigen.

MEDICA.de; Quelle: Technische Universität Berlin