Erforschung und Beobachtung renaler, mikrovaskulärer Umbauprozesse in chronischen Nierenerkrankungen mittels Super-resolution Ultraschall

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Fabian Kiessling; Dr. Barbara Mara Klinkhammer, seit 2/2024; Professor Dr.-Ing. Georg Schmitz
• Fachliche Zuordnung: Nephrologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445703531

Pathologische Umbauprozesse und Dysfunktion der Mikrovaskulatur sind bekannte Phänomene und Einflussfaktoren progressiver chronischer Nierenerkrankungen (CKD). Zuverlässige, nicht-invasive Bildgebungsverfahren, die deren Quantifizierung ermöglichen, stehen allerdings bisher noch nicht zur Verfügung. Vor kurzem haben wir eine Super-resolution Ultraschallmethode entwickelt, die eine sehr detaillierte mikrovaskuläre Charakterisierung von Geweben auf morphologischer und funktioneller Ebene ermöglicht. Die Methode beruht auf der Injektion klinisch verwendeter gasgefüllter Mikrobläschen als Kontrastmittel und deren Verfolgung mit Algorithmen, die von GPS und Radar bekannt sind. Die resultierenden Tracks werden mit einer, der Lokalisationsgenauigkeit entsprechenden, Auflösung dargestellt, die weit über die Auflösungsgrenzen der Ultraschallgeräte hinausgeht. Darüber hinaus erlaubt die Methode die Quantifizierung von Blutgeschwindigkeit und -richtung innerhalb einzelner Kapillaren, d.h. Funktionsanalysen der mikrovaskulären Dynamik. Unser Ziel ist die Erschließung von Super-resolution Ultraschall für die experimentelle und klinische Nephrologie zur Analyse mikrovaskulärer Veränderungen in Nierenerkrankungen. Unsere vorläufigen Daten zeigen, dass das Gefäßsystem der Niere bei Mäusen und Menschen mit Super-resolution Ultraschallanalysen sichtbar gemacht werden kann, jedoch sind signifikante Modifikationen des Scan-Protokolls, der Datenverarbeitung und der Bildanalyse erforderlich, um die gleiche Qualität wie bei Tumoren oder im Gehirn zu erreichen. Unser Ziel ist es daher, (i) das Protokoll zu modifizieren, um das Nierenmikrogefässsystem bei Mäusen und Menschen zuverlässig analysieren zu können und (ii) renale mikrovaskuläre Umbauprozesse während des Übergangs vom akuten Nierenschaden (AKI) zur CKD zu untersuchen. Als Proof-of-Concept-Studie werden wir die Rolle des macrophage migration inhibitory factor (MIF) bei den mikrovaskulären Umbauprozessen erforschen. Um diese Aufgabe zu erfüllen, kombiniert unser Team Experten für Bildgebung (Kiessling), Datenanalyse (Schmitz) und translationale Nephrologie (Djudjaj).Ultraschall mit Super-resolution ist ein nicht-invasives Verfahren, das wir bereits in einer klinischen Studie an Brustkrebspatientinnen eingesetzt haben. In Zusammenarbeit mit Nephrologen innerhalb des Konsortiums wollen wir auch (iii) eine erste klinische Studie mit Patienten mit verschiedenen CKD Stadien durchführen. Hierbei werden wir (iv) radiomische Analysen durchführen, um den zusätzlichen Nutzen von Parametern zu bewerten, die aus Super-resolution Ultraschalldaten extrahiert wurden.

• DFG-Verfahren: Klinische Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: KFO 5011: Integration neuer Methoden zur Verbesserung von translationaler Nierenforschung
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Sonja Djudjaj, bis 2/2024