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Polarisationsmikroskopie

„Erst viel später bin ich auf Formalinpräparate verfallen und habe mit Befriedigung feststellen können, dass Formalinfixierung die Doppelbrechung der markhaltigen Nervenfasern nicht verändert, dass wir also auch in Formol gehärtete und konservierte Nervenfasern … durch das Polarisationsmikroskop untersuchen und eventuelle krankhafte Veränderungen derselben wahrnehmen können.”

(K. Brodmann, J Psych Neurol, 1903).

Wir haben diese Beaobachtung ins 21. Jahrhundert gebracht, indem wir polarimetrische Technologien weiterentwickelt und an die Anforderungen der “High-Throughput Large-Scale” Polarisationsmikroskopie von haardünnen, ungefärbten Gehirnschnitten angepasst haben. Wir haben diesen Ansatz 3D Polarized Light Imaging (3D-PLI) genannt, da unser Ziel ist, individuell Fasern und Trakte zu kontrastieren und ihren dreidimensionalen Verlauf über aufeinander folgende Gehirnschnitte hinweg zu untersuchen.

3D-PLI Messung und resultierende FaserorientierungskarteLinks: Schematischer PLI-Aufbau mit rotierenden Filtern. Mitte: Signaländerung während einer PLI-Messung. Rechts: Farbkodierte Darstellung der Faserorientierungen („Fiber Orientation Map“.
Copyright: INM-1, Forschungszentrum Jülich GmbH

Qualitativ hochwertige polarimetrische Messungen erfordern eine spezielle Präparation und Handhabung des zu untersuchenden Hirngewebes, um die Unversehrtheit der Myelinscheiden zu gewährleisten, die für den optischen Effekt der sogenannten Doppelbrechung im Gewebe verantwortlich sind. Es konnte gezeigt werden, dass das Gefrierschneiden von Formalin-fixiertem und mit Glyzerin eingedecktem Gewebe diese Bedingungen erfüllt. Während des Schneidens werden Bilder des Gehirnblocks aufgenommen (Blockface), die später als Referenz für die Rekonstruktion der ursprünglichen Gehirnform dienen. Die erzeugten ungefärbten histologischen Gehirnschnitte werden mit unterschiedlichen polarimetrischen Setups gescannt, welche prinzipiell aus zwei rotierbaren linearen Polfiltern, einer Viertelwellen Verzögerungsplatte und einer grünwelligen Lichtquelle bestehen (Abb. oben, links). Auf High-performance computing basierende Signal- und Bildverarbeitung, wie auch Simulationsansätze ermöglichen schließlich eine verlässliche Interpretation und Visualisierung der Faserarchitektur (Abb. oben, rechts).