Neurostoffwechsel

Hirntumore haben oft eine besonders schlechte klinische Prognose, da sie durch die Lage im Gehirn schwer behandelbar sind und die Hirnfunktion beeinträchtigen. Besonders die sogenannten Gliome, weil sie schnell das umgebende Gehirn infiltrieren und daher nie vollständig operiert werden können. Ebenso ist es durch den Schädelknochen nicht leicht möglich Proben des Tumors zu nehmen um ihn vor der Behandlung zu klassifizieren.

Mit unserer hochauflösenden spektroskopischen Bildgebung mit 7 Tesla wollen wir diese Probleme erforschen, um der Klinik bessere Informationen zur Verfügung zu stellen. Die mutierten Tumorzellen weichen metabolisch deutlich vom gesunden Gewebe ab, was derzeit auch schon in der Positronenemissionstomografie sichtbar gemacht wird.

Wir hoffen dass wir mit metabolischen Profilen die genauen Mutationstypen von Tumoren auch ohne Gewebeprobe bestimmen können und besser definieren können, wie weit Tumorzellen ins umgebende Gewebe vorgedrungen sind.

Unsere bisherigen Studien sind vielversprechend, aber noch nicht konklusiv.

Auch in anderen Tumorarten wie Meningeomen können wir metabolische Veränderungen gut sichtbar machen.

Basierend auf unseren ersten Studien wollen wir in der Zukunft statt den Verhältnissen von Metaboliten deren Konzentrationen auch in Tumoren bestimmen. Damit wollen wir die Analyse der MRSI-Daten stärken weil wir die Spezifizität von abgebildeten Veränderungen erhöhen.

Weiters werden wir die Veränderungen in der Tumorumgebung und präoperative Klassifikation erforschen.

Fokale Epilepsie beschreibt eine Reihe von krankhaften Veränderungen im Gehirn die zu epileptischen Anfällen führen. Epilepsie schränkt die Lebensqualität massiv ein und bringt gesundheitliche und kognitive Risiken mit sich.

Leider ist es mit dem Standard strukturellen MRT nicht immer möglich, diese auslösenden Veränderungen im Gerin zu identifizieren. MR Spektroskopie könnte statt dessen versuchen metabolische Änderungen zu identifizieren, allerdings waren frühere Methoden zu sehr in ihrer räumlichen Auflösung eingeschränkt um klinisch nutzbar zu sein.

Mit unserer in Wien entwickelten Methode zur hochauflösenden magnetresonanzspektroskopischen Bildgebung wollen wir diesen Umstand ändern und erforschen ob wir Änderungen von Molekülen wie Glutamat und Glutamin mit klinischen Parametern verbinden können.

Einleitung

Multiple Sklerose (MS) ist eine chronische Erkrankung des zentralen Nervensystems, die zu Demyelinisierung und Neurodegeneration führt. Krankheitsmodifizierende Therapien können Schübe sowie die damit verbundenen, überwiegend reversiblen neurologischen Defizite in der entzündungsgetriebenen schubförmig-remittierenden Phase minimieren. Bis heute existiert jedoch keine Behandlung, die Behinderung und funktionellen Abbau in der sekundär progredienten Phase verhindern kann. Trotz enormer Forschungsfortschritte sind die Ursachen der MS und die zugrunde liegenden neurobiologischen Mechanismen weiterhin nur unzureichend verstanden, was verbesserte Therapien oder die Entwicklung einer tatsächlichen Heilung verhindert. Die Magnetresonanzspektroskopie (MRS) ermöglicht es, pathologische Veränderungen und Hirnschädigungen bereits im frühesten Stadium zu erfassen und das Fortschreiten der Erkrankung zu überwachen.

Zielsetzung

Unser Ziel ist es, entscheidende Werkzeuge bereitzustellen, um frühzeitig Informationen über die Entwicklung von Behinderungen bei MS zu gewinnen, diagnostische Biomarker zur frühen Identifikation zu etablieren sowie direkte Erkenntnisse über pathophysiologische Mechanismen zu liefern.

Aktuelle Arbeiten

Frühere MRS-Studien konzentrierten sich auf die strukturelle und zelluläre Integrität und zielten daher hauptsächlich auf die Quantifizierung der Neurochemikalien N-Acetylaspartat (NAA), Cholin und Myo-Inositol ab. Neuere Forschungen beginnen, die Bedeutung bestimmter Neurochemikalien für die pathologischen Prozesse selbst aufzuzeigen. Vor allem auf Grundlage von in-vitro-Untersuchungen und Tiermodellen wurde die Hypothese aufgestellt, dass eine Fehlfunktion des Glutathion-(GSH)-Stoffwechsels die körpereigene Schutzfunktion des Gehirns gegen oxidativen Stress beeinträchtigt und dadurch Demyelinisierung, Neurotoxizität und Zelltod fördert – als Grundlage des funktionellen Abbaus bei MS. In welchem Ausmaß die GSH-Neurochemie bei MS tatsächlich beeinträchtigt ist, bleibt jedoch weitgehend unbekannt, unter anderem aufgrund der Schwierigkeit, GSH bei klinischen Populationen und gesunden Kontrollpersonen nicht-invasiv in vivo zu messen.

Wir konnten kürzlich die Quantifizierung von GSH zusammen mit weiteren zentralen Faktoren der MS (Glutamat, GABA), etablierten Biomarkern der MS (NAA, Cholin, Myo-Inositol) sowie der gesamten biochemischen Umgebung innerhalb einer einzigen einstündigen Untersuchung demonstrieren (Prinsen et al., Proc ISMRM, 2014). Wir erwarten, dass dieser metabolomikartige Ansatz entscheidende Einblicke in die Rolle des GSH-Stoffwechsels bei MS liefern und die Grundlage für longitudinale klinische Studien zur Pathobiochemie des oxidativen Stresses schaffen wird.

Wir …