Investigation of Glutamatergic Disturbances in Major Depressive Disorder using Ultra-High Field STEAM MRS

• Applicant: Professor Dr. Martin Walter
• Subject Area: Biological Psychiatry
• Term: from 2010 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 164671483

Aktuelle Fortschritte im Bereich der Magnetresonanz (MR) Forschung hatten einenbedeutenden Einfluss auf jüngste Entwicklungen unseres Verständnisses von den biologischenGrundlagen psychiatrischer Erkrankungen wie im Beispiel der majoren Depression. Anhandfunktioneller MRT (fMRT) konnte eine Subgruppe spezifischer Hirnregionen definiertwerden, welche gut charakterisierte funktionelle Abweichungen bei Patienten unter klardifferenzierbaren psychologischen Bedingungen zeigen. Während es in diesen Regionen einegewisse Übereinstimmung von funktionellen und strukturellen Abnormalitäten gibt, sind derengemeinsame molekulare Ursachen weitgehend unbekannt. Dies liegt vor allem an denbestehenden technischen Limitationen der Magnetresonanzspektroskopie (MRS), welche diederzeit führende non invasive Untersuchungsmethode darstellt: Zwar konnten anhand vonTiermodellen und humanen post mortem Untersuchungen bislang Defizite in einzelnenzellulären Zielstrukturen des glutamatergen Systems, sowohl der Glutamataufnahme sowie deranschließenden glialen Umwandlung zu Glutamin nachgewiesen werden. Auch ist eineglutamaterge Beteiligung an regionalen funktionellen Defiziten inzwischen pharmakologischdurch die Wirksamkeit glutamatmodulatorischer Substanzen gut belegt. Eine weiteZusammenführung dieser Einzelbefunde scheiterte aber bislang an der schlechten analytischenTrennbarkeit von Glutamat (Glu) und Glutamin (Gln) sowie an einer hinreichend spezifischenräumlichen Auflösung. Derzeitige Bestrebungen, die unzureichende Trennung von Glu und Glnzu erreichen, gehen dahin, vergleichsweise große Voxel in Einzelmessungen von bis zu 20Minuten zu erfassen. Diese Studien konnten daher der bekannten funktionellen Spezifität vonSubstrukturen in Hirnregionen mit besonderer Bedeutung für die Depression noch nicht mit dernötigen räumlichen Auflösung entgegentreten. Neben der Voxelgröße war vor allem die langeAquisitionszeit limitierend für die Anzahl von Einzelmessungen und somit einer umfassendenBetrachtung der Spezifität der involvierten Einzelregionen. Unser Vorhaben zielt deshalb aufdie Entwicklung einer STEAM basierten MRS Methode bei 7 Tesla ab, die dieseBegrenzungen aufhebt. Zusätzlich sollen die beobachteten Metabolitänderungen einzelnenakuten oder chronischen Veränderungen zugeordnet werden, indem eine automatischeVoxelplazierung über mehrere Messungen die Erfassung der identischen Hirnregion ermöglicht.Es sollen anhand der hier geschilderten, zu entwickelnden Methode, sogenannte „state“ von „trait“Markern in akut depressiven sowie remittierten Patienten unterschieden werden und somiteine Aussage über glutamaterge Veränderungen mit der nötigen molekularen, regionalen sowiezeitlichen Spezifität ermöglicht werden.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Dr. Kai Zhong