See Shell: Ein 3D-gedruckter transparenter Schädel soll Forschern helfen das Gehirn besser zu verstehen
An der University of Minnesota haben Forscher ein 3D-gedrucktes transparentes Schädelimplantat für Mäuse entwickelt. Der Schädel mit dem Namen See-Shell kann verwendet werden, um die Echtzeitaktivität auf der Hirnoberfläche zu beobachten und könnte neue Erkenntnisse für Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson liefern.
Dr. Suhasa Kodandaramaiah, Co-Autorin der Studie, erklärt: „Was wir versuchen zu tun, ist zu sehen, ob wir große Teile der Maus-Hirnoberfläche, den sogenannten Kortex, über lange Zeiträume hinweg visualisieren und mit ihm interagieren können. Das gibt uns Aufschluss darüber, wie das menschliche Gehirn funktioniert.“ Die in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichte Studie besagt, dass nichtmenschliche Primaten ähnliche Genetik, Anatomie, Physiologie und Verhalten mit dem Menschen teilen; in diesem Fall sind Mäuse ein guter Ersatz. Timothy J. Ebner, Professor an der University of Minnesota und Mitautor der Studie, kommentiert: „Das sind Studien, die wir am Menschen nicht durchführen konnten, aber sie sind äußerst wichtig für unser Verständnis davon, wie das Gehirn funktioniert, damit wir die Behandlung von Menschen mit Hirnverletzungen oder -erkrankungen verbessern können„.
BIldnachweis: Nature Communications
3D-Druck der See-Shell
Um die See-Shell herzustellen, haben die Forscher die Oberfläche des Schädels der Maus digital gescannt und damit den Rahmen mit einer CAD-Software modelliert. Der Rahmen hat die gleichen Konturen wie der ursprüngliche Schädel und wurde in 3D aus PMMA (auch bekannt als Acryl) gedruckt. Auf dem Rahmen wurde eine dünne und transparente PET-Folie angebracht, die das Fenster zum Gehirn der Maus bildet. Anschließend wurde die Oberseite des Mausschädels durch das 3D gedruckte transparente Schädelimplantat ersetzt. Suhasa Kodandaramaiah erklärt: „Dieses Implantat ermöglicht es uns, die Gehirnaktivität auf der kleinsten Ebene zu betrachten, indem wir auf bestimmte Neuronen zoomen und gleichzeitig einen großen Überblick über einen großen Teil der Gehirnoberfläche im Laufe der Zeit erhalten. Die Entwicklung des Geräts und der Nachweis seiner Funktionsfähigkeit sind nur der Anfang dessen, was wir tun können, um die Hirnforschung voranzutreiben.“
Bildnachweis: Nature Communications
Die wissenschaftliche Arbeit schlägt vor, dass dieses transparente Gerät für andere Forschungsprojekte eingesetzt werden könnte, sie schreiben: „See-Shells können mit Desktop-Druckern hergestellt werden und sind kostengünstig (jeweils <$20). Nach der Herstellung der einzelnen Komponenten (oder der Beschaffung aus der kommerziellen Fertigung) kann das Implantat in weniger als 15 Minuten montiert werden. Daher ist dies ein Werkzeug, das von den meisten Laboren leicht eingeführt werden kann.“
Das folgende Video, das von der Universität veröffentlicht wurde, zeigt eine beschleunigte Version der Gehirnscans der Maus, wie sie durch die transparente Schicht der See-Shell gesehen werden. Der Forscher erklärt: „Veränderungen in der Helligkeit des Gehirns der Maus entsprechen dem Zu- und Abschwellen der neuronalen Aktivität. Subtile Blitze sind Perioden, in denen das ganze Gehirn plötzlich aktiv wird.„
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