Multiphotonenmikroskop untersucht das Sozialverhalten von Zebrafischen

Die Herausforderung

Neil Merovitch, Doktorand an der Universität von Toronto und am Hospital for Sick Children, ist ein neurowissenschaftlicher Forscher, der zum Teil aufgrund seiner eigenen Erfahrungen mit Dystonie, einer Bewegungsstörung, hoch motiviert ist. Er erklärt: „Meine Forschung konzentriert sich derzeit auf das Sozialverhalten von Zebrafischen, die aufgrund ihres vereinfachten Nervensystems und ihrer dem Menschen ähnlichen Genetik ein Modellorganismus für die Untersuchung der Neurowissenschaften sind. Ich arbeite mit Kollegen zusammen, um die spezifischen Gehirnregionen zu untersuchen, die an der sozialen Anerkennung beteiligt sind, und wie die Verbindungen im Gehirn während dieses Prozesses verstärkt oder geschwächt werden.“ Er erklärt, dass einige dieser Studien transgene Zebrafische verwenden, die ein Protein namens Cofilin überexprimieren, von dem bekannt ist, dass es eine wichtige Rolle bei der Bildung und Veränderung von Verbindungen im Gehirn spielt. Dieses Protein ist mit einem grün fluoreszierenden Protein (GFP) fusioniert, so dass es mit Fluoreszenzmikroskopie beobachtet werden kann. Vereinfacht ausgedrückt, wollte Neil den GFP-Reporter verwenden, um die Veränderungen in den Verbindungen abzubilden, die mit sozialen Erinnerungen verbunden sind. Diese Erinnerungen werden im Laufe sozialer Interaktionen gebildet, zum Beispiel bei der Unterscheidung zwischen neuen und bekannten Zebrafischen. In ähnlichen Experimenten werden Fluoreszenzreporter mit längeren Wellenlängen als GFP verwendet.

Die Lösung

Neil hat mit den Forschungstechnikern Georgiana Forguson und Daphne Tam zusammengearbeitet und verfügt über das ideale Werkzeug für seine Studien: ein hochmodernes Multiphotonenmikroskop, das mit zwei Coherent-Lasern ausgestattet ist. Dabei handelt es sich um einen Axon-Laser mit fester Wellenlänge und einem Ausgang bei 920 nm für die optimale Zwei-Photonen-Anregung von GFP und einen abstimmbaren Chameleon Discovery NX mit einem zusätzlichen festen Ausgang bei 1040 nm, die zusammen auch bei den langen Wellenlängen, die für die Zwei-Photonen-Anregung von rot fluoreszierenden Reportern benötigt werden, ausreichend Leistung liefern. Beide Laser verfügen über die integrierte Total Power Control (TPC) Funktion, die eine schnelle, direkte Steuerung der Laserleistung ermöglicht, um eine tiefere Bildgebung zu vereinfachen und um die Ausblendung bei schnellen Scans zu ermöglichen.

Neben der optischen Leistung (z. B. Wellenlängenabstimmung, Leistung) nennt Neil TPC als einen der Hauptvorteile der Verwendung von Axon und Discovery bei dieser Art der Echtzeit-Bildgebung. Er weist auch auf den Wert des Ersatz-Servicevertrags mit Coherent hin: „Es ist unglaublich beruhigend zu wissen, dass Coherent uns bei Problemen mit einem der beiden Laser sofort einen Ersatzlaser liefert, und zwar praktisch ohne Ausfallzeiten.“

Das Ergebnis

Ab 2022, so berichtet Neil, sammelt und analysiert er bereits neue Daten, die mit diesem vielseitigen Mikroskop gewonnen wurden – siehe das Beispiel in der Abbildung unten. Er erklärt: „Diese Arbeit wird hoffentlich dazu beitragen, die neurologischen Grundlagen der Defizite des sozialen Gedächtnisses zu verstehen, die bei einigen Menschen mit Entwicklungsstörungen und geistigen Behinderungen auftreten. Mein Ziel ist es, dass diese Arbeit eines Tages anderen so helfen kann, wie die Forschung über Dystonie mir geholfen hat.“

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