Herzschlag: Einsichten in 3D

23. Juli 2014
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Forschern gelang es, 3D-Filme von einem Zebrafisch-Herz aufzunehmen. Dadurch konnten sie den Durchfluss von Blutzellen durch das Herz und Herzrhythmusstörungen sichtbar machen. So könnten sich in Zukunft auch die Ursachen angeborener Herzfehler besser erforschen lassen.

Die Arbeitsgruppe von Jan Huisken am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik hat mit einem Lichtblattmikroskop, das mit Licht eine Probe virtuell in dünnste Schichten zerschneidet, Ebene für Ebene in einem Zebrafisch-Herzen aufgenommen. Die einzelnen Filme wurden dann am Computer zu einem einzigen 3D-Film des schlagenden Herzens zusammengefügt.

Zudem ist es den Forschern gelungen, das Herz eines sich entwickelnden Zebrafischs mithilfe von Licht zum Stehen zu bringen – dazu werden die Zellen so verändert, dass sie auf Licht reagieren. Dem Fischembryo schadet dies übrigens nicht, er kann einen Herzstillstand von ein paar Stunden ohne Probleme überstehen. „Anhand der Aufnahmen können wir nun einen gesamten Herzschlag in Zeitlupe genau beobachten, mit allen Details in den charakteristischen Herzbestandteilen“, so Michaela Mickoleit, Doktorandin im Labor von Jan Huisken. So lassen sich nun die Kontraktion des Herzen oder der Abstand zwischen Herzmuskel und Herzinnenwand während eines Herzschlags genauer bestimmen und analysieren. Indem die Forscher mit der Belichtungszeit und der Vergrößerung experimentierten, konnten sie eine bessere Auflösung erreichen und kleinste Details wie die Bestandteile des Zellskeletts, die sogenannten Aktin-Fasern, oder die Sarkomere – die kleinesten Einheiten einer Muskelfibrille – sichtbar machen.

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Schlagendes Herz eines Zebrafisch-Embryos (Herzmuskel (rot), Herzwand und Blutgefäße (türkis)). © MPI f. molekulare Zellbiologie und Genetik/ Huisken

Therapie angeborener Herzfehler

Mit einer schnell verformbaren, flüssigen Linse haben sich die Forscher schließlich noch andere Phänomene des Herzens genauer angeschaut. Erstmals ist es damit gelungen, kranke Herzen mit einer Herzrhythmusstörung zu beobachten. Mit diesen technologischen Errungenschaften lässt sich ein sich entwickelndes lebendiges Herz beobachten – ob mit in Super-Zeitlupe abgespielten Filmen oder mit hochaufgelösten Standbildern. Die Arbeiten geben damit komplett neue Einsichten in den zellulären Aufbau eines schlagenden Herzens und bringen mit diesem neuen Wissen auch Chancen auf neue Ansätze, um angeborene Herzfehler zu therapieren.

Originalpublikation:

High-resolution reconstruction of the beating zebrafish heart
M. Mickoleit et al.; Nature Methods, doi: 10.1038/nmeth.3037; 2014

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