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Lichtblatt-Mikroskopie: Die U-Bahn für Immunzellen

Schienbeine einer Schaufensterpuppe und Bildgebungsbild
(Foto: Thomas Riese/UDE Gunzer/Grüneboom)

Knochen sind zwar sehr harte Organe, im Innern aber durchzieht sie ein dichtes Netzwerk von Blutgefäßen. Deshalb bluten Knochenbrüche erheblich. Was die Wissenschaft aber bislang nicht wusste: Der knocheninterne Bluttransport erfolgt vor allem durch winzige, bislang unentdeckte Röhren. „Dieses bislang unbekannte Netzwerk an Blutgefäßen im Knochen ähnelt einem U-Bahn-System, mit dem es gelingt, Sauerstoff- und Immunzellen rasch und ohne Umwege in den Blutkreislauf zu transportieren“, sagt Dr. Anika Grüneboom, Nachwuchsgruppenleiterin am Lehrstuhl für Innere Medizin 3. „Gerade bei entzündlichen Krankheiten wie bakteriellen Infektionen ist es wichtig, dass die Zellen den Entzündungsherd schnell erreichen.“

Da die Blutgefäße auf der gesamten Länge quer durch den kompakten Knochen, die „Kortikalis“, verlaufen, werden sie als „Transkortikalgefäße“ bezeichnet. Bislang gab es ein falsches Bild von der Vielfalt dieser Gefäße. Der Grund: Es fehlten die Messmethoden, um auch kleinere Blutgefäße zu erkennen. Grüneboom gelang der Durchbruch, indem sie zwei Messverfahren kombinierte: die Lichtblatt-Mikroskopie und die Zwei-Photonen-Mikroskopie.

In der Fotografie ist es üblich, verschiedene Messverfahren, sprich Brennweiten, zu verbinden. Wer weit entfernte Gegenstände mithilfe eines Teleobjektivs nah heranzoomen will, muss zuvor mit kleinerer Brennweite – etwa dem eigenen Auge – ermitteln, in welche Richtung er ungefähr zielen sollte. Für diese Grobrecherche eignet sich das Teleobjektiv nicht, da seine Bildausschnitte zu schnell verwackeln.

Grüneboom nutzte die Lichtblatt-Mikroskopie erstmals, um sich diesen groben Überblick über die Knochenstruktur zu verschaffen. Das Verfahren erlaubt es, Gewebeproben von bis zu einem Kubikzentimeter in Gänze zu vermessen. Herkömmliche, histologische Verfahren hingegen setzen das Zerschneiden der Probe in hauchdünne Scheibchen voraus. Fragmente von Blutgefäßen wurden dabei zwar schon entdeckt. Der ganzheitliche strukturelle Zusammenhang ging aber durch das Zerschneiden verloren.

Bei der Lichtblatt-Mikroskopie bleibt die Gewebestruktur dagegen erhalten. Um die Proben zudem optisch transparent und damit für die mikroskopische Untersuchung zugänglich zu machen, wird das Gewebe chemisch präpariert. Bislang wurde das Verfahren vor allem für die Untersuchung von Gehirnmasse genutzt. Grüneboom bereitete es erstmals für die Analyse von Gewebe des menschlichen Schienbeinknochens auf und konnte so auch die winzigen Blutgefäße lokalisieren.

Als Teleobjektiv brachte die Biologin anschließend die Zwei-Photonen-Mikroskopie zum Einsatz. Diese Technik erlaubt es, die Blutgefäße am lebenden Organismus mit einer Auflösung von wenigen Mikrometern und in allen drei Achsen darzustellen. Auf diese Weise konnte sie das Blutvolumen, das durch die Transkortikalgefäße fließt, exakt vermessen.

Ihre bahnbrechenden Entdeckungen: Durch das Schienbein einer Maus ziehen sich rund 1000 Blutgefäße. Und rund 70 Prozent des knocheninternen Bluttransportes findet durch die ganz kleinen, bislang unbekannten Gefäße statt. „Mit dieser Erkenntnis lassen sich die Veränderungsprozesse im Knochen künftig viel besser verstehen“, erklärt Grüneboom.

Aus wissenschaftlicher Sicht scheint es erstaunlich, dass im 21. Jahrhundert noch anatomische Strukturen gefunden werden, die in Lehrbüchern nur unvollständig beschrieben sind. Die Zahl der offenen Fragen ist daher groß, das Forschungsfeld weit. Durch weitere Untersuchungen soll nun daher vor allem die Frage geklärt werden, welche Rolle Transkortikalgefäße für den normalen Knochenumbau und bei der Entwicklung von Krankheiten wie Osteoporose oder Knochenmetastasen spielen. Die Antwort, so die Hoffnung, wird neue Optionen für Früherkennung und Therapien liefern.

von Frank Grünberg


FAU-Forschungsmagazin friedrich

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