Improved Morphological Characterisation of Cortical Neurons

Abstract

Analyzing the morphology and molecular features of neurons are major components in neuroscientific studies and classifications. For this, elaborate techniques, like intracellular biocytin staining of single neurons in acute brain slices, immunofluorescence labeling and confocal microscopy, were applied. Here, these techniques were used to study the SNAP47 protein distribution in the hippocampus of mice and rats and the morphology of human cortical pyramidal neurons. Although these approaches provide accurate results, a considerable problem in morphological analyses remains: the reduction in thickness of slices (shrinkage) due to the embedding under cover slip. In this thesis, the time course of shrinkage in conventional embedded slices and its impact on the morphology of neurons and anatomical parameter are shown. This impact is not compensable with usually used linear correction approaches. Moreover, this dissertation provides a novel method for the embedding of acute brain slices, which is effective in reducing the shrinkage and the resulting error. Thereby, the preciseness of morphological studies can be substantially improved.

Analysen morphologischer und molekularer Eigenschaften von Nervenzellen sind essenzielle Komponenten neurowissenschaftlicher Studien und Klassifikationen. Aufwändige Methoden, wie intrazelluläre Biozytinfärbung in frischen Gehirnschnitten und Immunfluoreszenzfärbungen kombiniert mit konfokaler Mikroskopie werden hierfür benutzt. Diese Arbeit zeigt, dass jene Techniken sowohl für die SNAP47 Protein Verteilung in Hippocampi von Mäusen und Ratten als auch für morphologische Analysen humaner, kortikaler Nervenzellen benutzt werden können. Auch wenn diese Methoden präzise Ergebnisse liefern, bleibt ein bedeutendes Artefakt in morphologischen Analysen bestehen: Die Reduktion der Schnittdicke (Schrumpfen) durch konventionelles Einbetten unter Deckgläsern. Diese Dissertation beschreibt den zeitlichen Verlauf dieses Artefakts und den Einfluss auf morphologische Parameter. Es wird dargestellt, dass dieser Einfluss nicht durch gewöhnlich angewandte lineare Methoden kompensierbar ist. Des Weiteren wird eine neue Eindeckmethode angeboten, die effektiv das Schrumpfen und resultierende Fehler in morphologischen Parametern reduziert. Auf diese Art kann die Präzision morphologischer Untersuchungen in hohem Maße gesteigert werden.