Mit verbesserter Bildgebung des Gehirns mehrere neurodegenerative Erkrankungen früher diagnostizieren

Bei vielen fortschreitenden neurodegenerativen Erkrankungen gehen häufig einer offensichtlicheren Gewebeschädigung mikrostrukturelle Veränderungen im Gehirn voraus, aber bislang waren diese mit konventioneller Magnetresonanztomografie (MRT) nicht zu sehen. Innovative MRT-Methoden ebnen nun den Weg zu einer früheren Diagnose und Behandlung, die das Fortschreiten von Erkrankungen bereits in viel früheren Stadien anhalten könnte.

Gesundheit

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Die Magnetresonanztomografie ist ein nichtinvasives bildgebendes Verfahren, das bei Patientinnen und Patienten im wachen Zustand detaillierte Bilder von Geweben und Organen erstellt. Sie wird in großem Umfang zur Gehirnbildgebung eingesetzt und dient der Visualisierung der Atrophie (Größenverringerung) bestimmter Hirnregionen und vorhandener „Läsionen“ in Hirngeweben, die das Kennzeichen vieler neurodegenerativer Erkrankungen einschließlich Alzheimer-Krankheit, Parkinson-Krankheit und Multipler Sklerose sind.

Mikrostrukturellen Veränderungen wie beispielsweise dem Verlust von Myelinscheiden gehen häufig Atrophie und Läsionen voraus, die jedoch mit konventioneller Magnetresonanztomografie nicht sichtbar werden. Mit Unterstützung aus den Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen entwickelte das Projekt MICROBRADAM neuartige Magnetresonanztomografieverfahren, um diese Barrieren zu überwinden und die Behandlungserfolge zu verbessern.

Über Entfernungen fehlerhaft verkabelt

Die Informationsübertragung zwischen Neuronen beruht weitgehend auf der Weitergabe von Aktionspotenzialen in den Axonen der „sendenden“ Neuronen zu den „empfangenden“ Neuronen. Die Axone sind von einer fetthaltigen Myelinscheide umgeben, ganz ähnlich, wie elektrische Kabel eine Isolierung aufweisen. Sie verhindert Signalverluste über Entfernungen und erhöht die Transduktionsgeschwindigkeit. Das Gehirn ist stark vernetzt. In seinen Systemen gibt es viele spezielle Gebiete. Ohne Myelin kann das Gehirn nicht arbeiten, da keine Wechselwirkungen über große Distanzen zwischen den Gehirnarealen stattfinden. Viele fortschreitende Gehirnerkrankungen wirken sich auf die Myelinisierung aus und beeinträchtigen im Endeffekt die Intaktheit der Neurotransmission.

Bei kleinen Strukturen ist langsamer besser

Trotz der entscheidenden Rolle des Myelins bei neurodegenerativen Erkrankungen ist eine direkte Bildgebung derzeit nur mithilfe invasiven Vorgehens möglich. Projektkoordinator Federico Giove vom Enrico-Fermi-Forschungszentrum (Website auf Italienisch) erklärt dazu: „Bei der konventionellen Magnetresonanztomografie wird die schnelle Dynamik von Wassermolekülen ausgenutzt, die einem Magnetfeld ausgesetzt sind. Unsere neuartige Methode profitiert von einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber langsameren Bewegungsabläufen der Wassermoleküle, mit deren Hilfe die komplizierte Mikrostruktur des Gewebes besser untersucht und auf diese Weise Myelinschäden sichtbar werden können.“

Präklinischer und klinischer Nutzen bei neurodegenerativen Erkrankungen

Mit den MRT-Methoden von MICROBRADAM sind subtile Anomalien in der grauen und weißen Substanz zu erkennen, die für Parkinson-Krankheit und Multiple Sklerose charakteristisch und mit konventioneller Magnetresonanztomografie nicht zugänglich sind. Sie gestatten eine etwaige frühere Erkennung und bessere Überwachung der Krankheitsentwicklung und/oder der Therapiewirkungen. Zufälligerweise wiesen sie auch eine wesentlich verringerte Empfindlichkeit gegenüber Metallelektroden auf. Diese Empfindlichkeit wirkt sich auf die Qualität der Bildgebung mit funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) aus, wenn diese mit implantierten Elektroden durchgeführt wird. Infolgedessen konnte das Forschungsteam innovative Neurostimulationsansätze entwickeln, um die funktionellen Effekte der Tiefenhirnstimulation nachzuweisen. Nun perfektioniert die Gruppe neuartige Paradigmen für die Tiefenhirn- und Rückenmarkstimulation und nimmt interessante Signalwege bei Parkinson-Krankheit, Depressionen, Schmerzen und Rückenmarkverletzungen ins Visier. Von Partnern des Projekts wurden zwei Patentanmeldungen eingereicht.

„Das Aufregendste dabei war vielleicht, dass sich eine ganz neue Methode bei der Diagnose und Charakterisierung von Multipler Sklerose im Frühstadium als sehr effektiv erwies. Auch wenn die Behandlungserfolge sowohl von einer frühzeitigen Diagnose als auch von einer wirksamen Behandlung abhängen, wird die Wirksamkeit in vielen Fällen durch eine frühzeitige Diagnose dramatisch verbessert. Wirkstoffe gegen das Fortschreiten der degenerativen Erkrankung sind schon in Sicht und dadurch wird die frühzeitige Diagnose noch wertvoller“, sagt Giove. Das Team konnte große Fortschritte bei der Einführung neuer MRT-Modalitäten erzielen, mit denen subtile Veränderungen im Gehirngewebe erkennbar sind, und das möglicherweise, noch bevor überhaupt Krankheitssymptome auftreten. Neben der Verbesserung der Behandlungsergebnisse sollten die Ansätze von MICROBRADAM eine schnellere Entwicklung von Wirkstoffen und Behandlungen fördern, die auf die Demyelinisierung abzielen.

Schlüsselbegriffe

MICROBRADAM, Gehirn, MRT, Magnetresonanztomografie, neurodegenerative Erkrankungen, Myelin, Parkinson-Krankheit, Multiple Sklerose, MS, Tiefenhirnstimulation, Elektroden, fMRT, Rückenmark, Magnetresonanztomographie, Multiple Sklerose, Depression, funktionelle Magnetresonanztomografie

Projektinformationen

MICROBRADAM

ID Finanzhilfevereinbarung: 691110

DOI 10.3030/691110

Abgeschlossenes Projekt

EK-Unterschriftsdatum 11 November 2015

Startdatum 1 November 2015

Enddatum 31 Oktober 2019

Finanziert unter

• EXCELLENT SCIENCE - Marie Skłodowska-Curie Actions
• Stimulating innovation by means of cross-fertilisation of knowledge

Gesamtkosten € 540 000,00

EU-Beitrag € 540 000,00

Koordiniert durch

MUSEO STORICO DELLA FISICA E CENTRO STUDI E RICERCHE ENRICO FERMI
Italy