Durchblick im Dendritengewirr der Sardellenretina: FIB-FESEM basierte 3D Rekonstruktion eines neuronalen Netzwerkes.

Die plexiformen Schichten der Vertebratenretina stellen ein komplexes und geometrisch geordnetes Geflecht aus Interneuronen mit Photorezeptoren und Ganglienzellen, sowie innerhalb dieser Gruppen dar. Um die zugrundeliegenden Verschaltungsregeln und -geometrie zu entschlüsseln und artspezifische Leistungsmerkmale (z.B. Sehschärfe, Sensitivität, Kontrastmechanismen, Parallelprozessierung) zu verstehen, müssen Morphologie, rezeptive Felder, Stratifizierungsmuster, Selektivität und Konnektivität neuronaler Elemente in den plexiformen Schichten auf feinstruktureller Ebene dargestellt werden. Hierfür müssen neue Wege der Datenakquise beschritten werden: der hohe Anspruch sowohl an die Größe des zu untersuchenden Volumens (Δ OPL-GCL 150 μm), als auch an die Auflösung in x-, y- und z-Richtung des resultierenden Datenstapels lassen die klassische Ultradünnschnittserie (Vererrung durch mechanisches Schneiden und Elektronenstrahl) unbrauchbar werden. Eine elastische Registrierung, die eine Entzerrung der Schnittbilder möglich macht, ist zeitaufwändig und fehlerbehaftet. Mit Hilfe eines sog. FIB-FESEMS (focused ion beam field emission scanning electron microscope) wurden durch block-face-Fotografie perfekt alignierte, hochaufgelöste 3D-Struktur¬datensätze geschaffen, auf deren Basis 3D-Modelle aller Retinaneuronen bis in die kleinsten dendritischen Verästelungen generiert werden konnten (Amira®). Mit Hilfe der 3D-Rekonstruktion konnten am Beispiel der Retina der Europäischen Sardelle Engraulis encrasicolus, einem Vertebraten mit Polarisationskontrastsehen, die Morphologie und Konnektivitätsmuster der Photorezeptoren, Horizontalzellen, sowie von 8 Bipolartypen entschlüsselt, sowie erste Erkenntnisse zu Amakrinen, Ganglien und Müllerzellen gewonnen werden. Obwohl die Methode der manuellen Segmentierung zeitintensiv ist, liefert sie nach 3D-Rendering ein Modell, in dem die neuronalen Elemente beliebig kombinier- und rotierbar sind und in Kombination mit dem EM-Stukturdatensatz einmalige Einsichten in die Feinstruktur und Neuroanatomie der Retinaneuronen gewähren.