Funktionelle & metabolische MRT

Funktionelle MRT
Mittels funktioneller MR-Bildgebung lässt sich die lokale Änderung der Hirndurchblutung nach gezielter Stimulation oder in Ruhe registrieren. Die Methode dient der Lokalisation von funktionell relevanten Hirnregionen indem man den Patientinnen und Patienten während der Untersuchung bestimmte Aufgaben durchführen lässt (z.B. Handbewegungen), kann man über den lokal erhöhten Sauerstoffverbrauch und nachfolgende Berechnungen erfassen, welche Region im Gehirn an der Durchführung dieser Aufgabe mitarbeitet. Funktionelle MRT kann z.B. bei der Planung einer neurochirurgischen Operation sinnvoll sein, um z.B. einen Tumor von der für Bewegungen wichtigen Hirnregion abzugrenzen. Zunehmend gewinnt diese Methode aber auch bei anderen Erkrankungen (z.B. bei psychiatrischen Krankheitsbildern) an Bedeutung.

Funktionelle Bildgebung ist seit ihrer Verfügbarkeit fest im methodischen Spektrum der Neuroradiologischen Abteilung sowohl in der klinischen Bildgebung als auch in zahlreichen wissenschaftlichen Projekten etabliert. In enger Kooperation mit einer Reihe von Kliniken und Instituten (u. a. Neurologische Klinik, Psychiatrische und Psychotherapeutische Klinik, Kinder- und Jugendabteilung für Psychische Gesundheit, Psychosomatische und Psychotherapeutische Abteilung, Medizinische Kliniken 1 und 3, Institut für Physiologie und Pathophysiologie, Institut für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie, Lehrstuhl für Marketing) werden verschiedenste wissenschaftliche Forschungsprojekte unter Einbeziehung der funktionellen MRT durchgeführt. Unter anderem werden hierbei Untersuchungen an Patientinnen und Patienten mit fokalen Epilepsien, neurodegenerativen Erkrankungen, Depression, Angst- und Essstörungen, verschiedenen Schmerzsyndromen, entzündlichen Darmerkrankungen und rheumatoider Arthritis mittels funktioneller MRT untersucht.

Metabolische MRT
In enger Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen MR-Physik (Prof. Zaiss, Prof. Nagel und Prof. Laun) entwickeln wir MR-Messtechniken zur Charakterisierung von metabolischen Prozessen des Neuroparenchyms. Der Schwerpunkt unserer Forschung liegt hier auf der sogenannten X-Kern MRT. „X“ steht dabei für einen beliebigen Atomkern mit Kernspin, außer ¹H.
In unserer Arbeitsgruppe werden Methoden entwickelt, um zum Beispiel in-vivo-Bilder der Natrium (²³Na)-, Kalium (³⁹K)-, Chlorid (³⁵Cl)-, Sauerstoff (¹⁷O)- oder Phosphor (³¹P)-Verteilung zu erzeugen. Diese Kerne sind für die medizinische Forschung interessant, da sie in vielen physiologischen Prozessen eine wichtige Rolle spielen. So sind die ²³Na-, ³⁹K- und ³⁵Cl-Konzentrationen stark mit dem physiologischen Zustand der Zelle verbunden, und die ¹⁷O-MRT kann genutzt werden, um den zellulären Sauerstoffumsatz nichtinvasiv zu untersuchen.
Eine weitere neue Technik, die wir zur Detektion von metabolischen Prozessen verwenden, ist die Chemical-Exchange-Saturation-Transfer (CEST)-Bildgebung. Die CEST MRT ermöglicht die Bildgebung von Molekülen mit verschiedenen austauschenden Gruppen, wie Amidprotonen (-NH), Guanidyl-Protonen (-NH₂) oder Hydroxylprotonen (-OH), sowie auch dipolar gekoppelte aromatische und aliphatische Gruppen (CH_n). Damit ermöglicht CEST eine völlig neue nicht-invasive Bildgebung von intrinsischen Proteinen und Metaboliten.

Auf der anderen Seite können auch externe Metaboliten nach Injektion sichtbar gemacht werden. So kann zum Beispiel durch GlucoCEST eine Kontrasterhöhung in Tumoren nach Injektion von natürlicher D-Glukose visualisiert werden. Dies ermöglicht statt schwermetallhaltigen Kontrastmitteln, Zuckerlösung als Kontrastmittel zu verwenden.

Blutgefäße spielen eine entscheidende Rolle im Entwicklungsverlauf bösartiger Tumore. Im frühen Stadium der Tumorentwicklung wachsen die meisten Läsionen avaskulär bis ein Gleichgewicht zwischen Proliferation und Apoptose erreicht ist, danach setzt meist Neoangiogenese ein. Der Grad der Vaskularisierung korreliert dabei mit der Tumoraggressivität sowie schlechter Prognose beziehungsweise Outcome. Eine Beurteilung der Architektur des Tumorgefäßbetts ist daher von hoher Relevanz für die klinische Beurteilung und der Therapieplanung von Hirntumoren. In interdisziplinärer Zusammenarbeit mit der Neurochirurgischen Klinik und mit finanzieller Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft und internationaler Beteiligung konnten neue Strategien der MRT-Bildgebung und der Bildverarbeitung zur Darstellung der Neovaskularisation von Hirntumoren entwickelt werden. So können neuartige Bewertungsstrategien von MR-Perfusionsdaten und neue MRI-Biomarker etabliert werden, die detailliertere Einblicke in die Komplexität und Heterogenität vaskulärer Veränderungen bei Hirntumoren liefern. Erste Ergebnisse von Untersuchungen bei Patienten mit rezidivierenden Glioblastomen während einer antiangiogenen Monotherapie (Bevacizumab) zeigen dabei, dass die frühe Reaktion (nach einem Monat) auf Bevacizumab durch die Reduktion der kleineren Mikrovaskulatur (etwa 10 μm) dominiert wird. In der 3-Monats-Kontrolle zeigt sich bei den Tumoren zusätzlich eine Reduktion der größeren Mikrovaskulatur (> 20 μm).