MR-Spektroskopie bildet den Glukosestoffwechsel im Gehirn ab, ohne dass Strahlung erforderlich ist – Physics World

Die Kartierung der Glukoseaufnahme im Gehirn und im Körper liefert Ärzten Informationen über die Stoffwechselstörungen, die bei Erkrankungen wie Krebs, Diabetes und Alzheimer beobachtet werden. Diese Kartierung erfolgt traditionell durch die Verabreichung radioaktiver Substanzen, die als Glukose-Analoga fungieren und auf medizinischen Bildern sichtbar gemacht werden können.

Wissenschaftler wissen beispielsweise, dass Tumorzellen mehr Glukose aufnehmen als normale Zellen. Kliniker machen sich dies zunutze, indem sie verwenden ¹⁸F-FDG-PET-Bildgebung zur Diagnose und Lokalisierung von Tumoren und zur Bewertung von Behandlungen. Diese bildgebende Technik kann jedoch keine nachgeschalteten Metaboliten beurteilen, die für die Diagnose und Behandlungsbewertung wichtig sein können – und erfordert außerdem die Injektion einer radioaktiven Verbindung in den Patienten.

Eine andere Technik, die Magnetresonanzspektroskopie (MRS) mit Kohlenstoff-13, kann nachgeschaltete Metaboliten quantifizieren, sie jedoch nicht genau lokalisieren. Inzwischen ist die aufkommende Technik der Hyperpolarisierung ¹³Die C-MRS-Bildgebung liefert keine Informationen über einige nachgeschaltete Metaboliten, einschließlich Glutamat und Glutamin. Hyperpolarisiert ¹³Die C-MRS-Bildgebung erfordert außerdem Injektionen und verwendet spezielle Hardware, die im klinischen Umfeld möglicherweise nicht verfügbar ist.

Forscher an der Medizinische Universität Wien haben nun einen neuen Ansatz zur Kartierung des Glukosestoffwechsels entwickelt. Die Technik basiert nicht auf Bestrahlung oder Injektionen, sondern nutzt klinisch verfügbare Magnetresonanztomographie (MRT) und die orale Einnahme einer Glukoselösung.

²H-MRS

In der ersten Validierungsstudie der Forscher, die in erscheint Investigative RadiologieDie Teilnehmer wurden nach dem Fasten über Nacht und erneut nach der Einnahme einer mit Deuterium markierten Glukoselösung (Deuterium, ein stabiles Wasserstoffisotop, ist nicht radioaktiv) mittels 3-T-MRT abgebildet. Der ²Der H-MRS-Scan umfasste eine echolose 3D-Sequenz des freien Induktionszerfalls, und die Wasserunterdrückung wurde mithilfe eines herkömmlichen Wasserunterdrückungsschemas durchgeführt. Nach dem MRS-Scan wurde ein 3D-T1-gewichteter Magnetisierungsscan mit schneller Gradientenecho-Auslesung durchgeführt. Zur Verarbeitung der Daten wurde eine hauseigene Software-Pipeline genutzt.

Das ²Der H-MRS-Bildgebungsansatz ermöglichte es den Forschern, die oxidative und anaerobe Glukoseverwertung zu quantifizieren und die Neurotransmittersynthese zu bewerten. Sie konnten jedoch nur eine begrenzte Anzahl deuterierter Verbindungen messen und für die Bildgebung war spezielle Hardware erforderlich. Deshalb führten sie eine Folgestudie durch – jetzt veröffentlicht in Natur Biomedizintechnik – um zu sehen, ob Protonen-MRS (¹H-MRS) bei 7 T würde eine höhere Empfindlichkeit, chemische Spezifität und räumlich-zeitliche Auflösung bieten als ²H-MRS-Bildgebung.

¹H-MRS

Tierstudien haben gezeigt, dass mit Deuterium markierte Glukose leicht von Gehirnzellen aufgenommen wird und Deuterone in nachgeschaltete Glukosemetaboliten eingebaut werden. Da Deuterone Protonen im Molekül ersetzen, tragen sie nicht zum Protonenspektrum bei. Daher spiegelt sich eine Zunahme der mit Deuterium markierten Metaboliten in einer Abnahme der Metabolitensignale wider ¹H-MRS.

Im ¹In der H-MRS-Studie erhielten fünf Teilnehmer (vier Männer und eine Frau) die mit Deuterium markierte Glukoselösung und ihre Blutzuckerspiegel wurden mehrmals über 90 Minuten gemessen. Die Forscher quantifizierten Glutamat, Glutamin, γ-Aminobuttersäure und Glucose, die an bestimmten Molekülpositionen deuteriert waren. Sie kartierten auch deuterierte und nicht deuterierte Metaboliten. Sie weisen darauf hin, dass die Bildgebungstechnik keine spezielle Hardware erfordert, um mit klinisch verfügbaren Systemen zu funktionieren.

Schwerer Wasserstoff verfolgt den Glukosestoffwechsel in vivo

Fabian Niess, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Natur Biomedizintechnik Studie und Hauptautor der Investigative Radiologie Studie, erklärt in a Pressemitteilung , dass die Investigative Radiologie Die Studie sei „ein wichtiger Schritt“, um zu zeigen, dass der Ansatz bei Systemen mit niedrigerem Feld funktioniert, „weil 3-T-MR-Systeme in klinischen Anwendungen äußerst weit verbreitet sind“.

Daraus schließen die Forscher ¹Die H-MRS-Bildgebung könnte Studien zum Glukosestoffwechsel erleichtern, und sie führen zusätzliche Untersuchungen durch, um ihren Ansatz und vorläufige Ergebnisse zu überprüfen.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/mr-spectroscopy-maps-brain-glucose-metabolism-without-requiring-radiation/