Neuro-MRE (I): Hochaufgelöste mechanische Bildgebung von Elastizität, Viskosität und Druck des menschlichen Gehirns

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Jürgen Braun; Dr. Stefan Hetzer; Professor Dr. Friedemann Paul; Professor Dr. Ingolf Sack; Professor Dr. Michael Scheel
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276880906

Die Viskoelastizität des Gehirns sowie der intrakranielle Druck sind wichtige mechanische Kenngrößen, die den zerebralen Blutfluss und den Ionentransport durch Wasserdiffusion beeinflussen und somit auf Struktur und Funktion von Neuronen und Gliazellen wirken. Derzeit verwendete bildgebende Marker für neurologische Erkrankungen wie die Läsionszahl in konventioneller T2-gewichteter Magnetresonanztomographie (MRT) bei Multipler Sklerose (MS) erlauben nur eingeschränkt die Analyse komplizierter strukturell-funktionale neuronaler Beziehungen und verdeckte Hirnschäden. Im vorgeschlagenen Forschungsprojekt soll die quantitative MRT einschließlich Magnetresonanz-Elastographie (MRE) zur punktgenauen, lokalen Kartierung biophysikalischer Eigenschaften von Hirngewebe unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Hydratation, Blutfluss und Hirnaktivität auf die viskoelastischen Parameter angewandt werden. Mit einem speziellen Fokus auf Neuroinflammation werden Methoden entwickelt, um die veränderte funktionelle Beziehung zwischen Gehirnstruktur und klinischen Symptomen bei Patienten mit MS und Neuromyelitis Optica Spectrum Disorder (NMOSD) zu untersuchen. Zu diesen Methoden gehören: Echtzeit-MRE von Gehirn und Rückenmark, hochauflösende 3D-Multifrequenz-MRE von Gehirn und Rückenmark sowie komplementäre quantitative MRT-Protokolle einschließlich diffusions- und perfusionssensitiver Sequenzen zur eingehenden Analyse biophysikalischer Eigenschaften von Gehirn und Rückenmark in vivo. Synchronisiert mit präklinischer Forschung im Rahmen der Projekte Neuro-MRE II in Mausmodellen soll sich der mikroskopische und makroskopische Zusammenhang biophysikalischer Kenngrößen erschließen, indem Veränderungen an zellulären neuronalen Netzwerken erkannt und skalenübergreifend quantifiziert werden. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer multiparametrischen, quantitativen MRT des menschlichen Gehirns zur Bestimmung biophysikalischer Gewebeparameter wie Viskoelastizität, Durchblutung und Wasserdiffusion, um neuroinflammatorische Erkrankungen mittels MRT besser zu verstehen und präzise zu diagnostizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen