Onderzoekers van TU Delft, Stanford University, Jülich Research Center en Erasmus MC Rotterdam hebben een grote doorbraak bereikt in hersenonderzoek. Met de innovatieve beeldvormingstechniek Computational Scattered Light Imaging (ComSLI) kunnen zij nu het complexe netwerk van zenuwvezels in hersenweefsel met micrometer-precisie in kaart brengen.
Het begrijpen van hersenziekten zoals Alzheimer, Parkinson en multiple sclerose vereist gedetailleerd inzicht in de structuur van zenuwcellen. Tot nu toe was het vrijwel onmogelijk om de dicht opeengepakte zenuwvezels in standaard microscopische hersensneden, vaak ingebed in paraffine (FFPE), nauwkeurig te visualiseren. Met ComSLI is dat nu voor het eerst mogelijk.
Dichtheid van zenuwvezels zichtbaar maken
De techniek, ontwikkeld door natuurkundige Miriam Menzel, maakt gebruik van verstrooid licht en geavanceerde computationele analyse om de richting en dichtheid van zenuwvezels zichtbaar te maken. “Onze techniek werkt op alle secties die vaak worden gebruikt voor analyse met de microscoop: nieuw of eeuwenoud, ongekleurd of gekleurd, vers bevroren of geconserveerd, in verschillende fasen van de bereiding van het weefselmonster”, aldus Menzel.
Een belangrijk voorbeeld is het gebruik van ComSLI op de BigBrain-atlas, een driedimensionale kaart van het menselijke brein. Voor het eerst konden onderzoekers niet alleen individuele cellichamen, maar ook het complete netwerk van zenuwbanen zichtbaar maken binnen de bestaande hersensneden. Dat biedt nieuwe mogelijkheden om hersenstructuren te analyseren en te koppelen aan neurologische aandoeningen.
ComSLI onderscheidt zich door zijn toegankelijkheid en lage kosten. De methode vereist slechts een LED-lichtbron en een hoge-resolutiecamera, waardoor elk onderzoeks- of klinisch laboratorium de techniek kan toepassen, zelfs met bestaande microscopen. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Nature Communications.
Andere medische domeinen
Naast hersenonderzoek heeft ComSLI ook potentie in andere medische domeinen. De techniek kan bijvoorbeeld spier- en collageenvezels visualiseren, wat nieuwe inzichten biedt voor kankerdiagnostiek en weefselanalyse tijdens operaties. Door de oriëntatie van collageenvezels rond tumorranden te bestuderen, kan ComSLI mogelijk bijdragen aan betere beoordeling van tumorweefsel en behandelstrategieën.
Volgens Menzel is dit “een belangrijke stap richting precisieonderzoek van het menselijk weefsel, met brede toepasbaarheid van neurowetenschappen tot klinische diagnostiek.” De ontdekking markeert een mijlpaal in digitale pathologie en neuro-imaging, waarbij toegankelijkheid, nauwkeurigheid en data-integratie samenkomen. ComSLI zou wel eens een nieuwe standaard kunnen worden in hoe wetenschappers en artsen het menselijk brein en andere complexe weefselstructuren bestuderen.
Zenuwstelsels reconstrueren
Eerder dit jaar berichtten wij over de ontwikkeling van een innovatieve nieuwe technologie door een team van Chinese wetenschappers voor ultrasnelle 3D-beeldvorming van biologische weefsels met subcellulaire resolutie. Met deze methode kon voor het eerst het volledige perifere zenuwstelsel (PNS) van kleine dieren in detail worden gereconstrueerd. Het PNS fungeert als het “Internet of Things” van het lichaam en reguleert vitale functies zoals hartslag, ademhaling en pijnverwerking. Begrip van dit complexe netwerk is cruciaal voor onderzoek naar hersen- en zenuwaandoeningen.
De onderzoekers bouwden voort op hun eerdere VISoR-technologie, die eerder werd gebruikt om een compleet muizenbrein in 3D vast te leggen. Voor het hele lichaam ontwikkelden zij een verbeterde variant: blockface-VISoR, gebaseerd op een innovatieve “in situ snij- en beeldvormingsstrategie”. Daarmee konden zij binnen 40 uur een volledig volwassen muizenlichaam in beeld brengen, goed voor 70 terabyte aan data per fluorescentiekanaal. Volgens de onderzoekers biedt deze technologie een nieuw paradigma voor neuro-anatomisch onderzoek, met toepassingen in ontwikkelingsbiologie, anatomie en biomedische innovatie.
