Chronische Entzündungen des Gehirns sind mit einer Reihe von immer häufiger auftretenden degenerativen Hirnerkrankungen wie Alzheimer und Parkinson verbunden. Es gibt Hinweise darauf, dass Neuroinflammation zum Fortschreiten und zur Verschlechterung solcher Krankheiten beiträgt.
Das derzeitige diagnostische Instrument zur Überwachung von Gehirnentzündungen, die Positronen-Emissions-Tomographie (PET), beinhaltet jedoch ionisierende Strahlung, die das Krebsrisiko des Patienten erhöhen kann. Die verabreichte Strahlendosis macht es auch unpraktisch, Längsschnittstudien durchzuführen oder Tests während der Behandlungen zu wiederholen. Daher besteht die Notwendigkeit, ein effizientes Bildgebungsverfahren zu entwickeln, das den Zustand von Patienten mit Neuroinflammation nicht verschlechtert.
Forscher aus Alicante, Spanien, haben eine nicht-invasive Methode zur Visualisierung von Gehirnentzündungen mithilfe der diffusionsgewichteten Magnetresonanztomographie (DW-MRI) entwickelt. Das Team, angeführt von Silvia de Santis und Santiago-Kanäle für das Institut für Neurowissenschaften, ein gemeinsames Zentrum des spanischen Superior Research Council (CSIC) und der Miguel Hernández University (UMH), entwickelte eine Reihe von MR-Datenerfassungssequenzen und mathematischen Modellen, um Veränderungen in der Aktivierung von zwei Gehirnzelltypen zu erkennen, die mit neuralen Entzündungen in Verbindung stehen: Astrozyten und Mikroglia.
DW-MRI ermöglicht die Erfassung von Bildern von Mikrostrukturen im Gehirn mit hoher Auflösung, indem die zufällige Bewegung von Wassermolekülen im Gehirngewebe genutzt wird. Die meisten früheren Forschungsanwendungen von DW-MRT konzentrierten sich auf die weiße Substanz und die Axone des Gehirns, aber um chronische Entzündungen zu untersuchen, interessierten sich die Forscher für die Abbildung der grauen Substanz des Gehirns.
Um sich auf die überaus wichtigen Astrozyten und Mikroglia zu konzentrieren, mussten sie daher fortschrittliche DW-MRT-Sequenzen anpassen und entwerfen, um sie in Kombination mit mathematischen Modellen zu verwenden, die auf dem biologischen Wissen der funktionellen Gewebe im Gehirn basieren.
Die Wissenschaftler testeten ihr Modell an Ratten, indem sie eine etablierte Technik zur Induktion von Entzündungen (Verabreichung von Lipopolysaccharid) verwendeten, die zuerst die Mikroglia aktivierte, gefolgt von einer verzögerten Reaktion von Astrozytenzellen, was eine unabhängige Untersuchung der beiden Zelltypen ermöglichte. Die MRT-Scans zeigten Spezifität sowohl für die Mikroglia- als auch für die Astrozytenaktivierung in der grauen Substanz in vivo.
Zweitens verwendeten die Forscher die Methode bei menschlichen Teilnehmern in einem Proof-of-Concept-Experiment, bei dem sechs gesunde Freiwillige fünfmal gescannt wurden. Sie fanden heraus, dass das Muster der Mikroglia-Zelldichte signifikant mit dem MRT-Parameter der Stick-Fraktion korrelierte. Die Ergebnisse unterstreichen die Fähigkeit des Modells, Glia-Biomarker zu erkennen, und bestätigten die Reproduzierbarkeit zwischen Scansitzungen.
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Die Forscher hoffen, dass ihre Arbeit eine bessere Charakterisierung der Mikrostruktur des Gehirngewebes während einer Entzündung mit höherer Auflösung und der Möglichkeit einer Längsschnittstudie ohne eine Dosis ionisierender Strahlung ermöglichen wird. Sie glauben, dass dies die Diagnose- und Behandlungsüberwachung der vielen Krankheiten, die mit einer entzündlichen Gliareaktion einhergehen, verändern könnte.
Die Forschung wird veröffentlicht in Wissenschaft Fortschritte.
