Ultraschallbasierte Charakterisierung von funktionellen Netzwerken und Untersuchung von fokussierter Ultraschall-Neuromodulation in eine schnell fortschreitenden Parkinson-Mausmodell

• Antragsteller: Dr. Jonas Bendig
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523020841

Das idiopathische Parkinsonsyndrom (IPS) ist eine neurodegenerative Erkrankung, die weltweit mehr als 10 Millionen Menschen betrifft. Ihre motorischen Kardinalsymptome – Zittern, Steifheit und Bewegungsverlangsamung – sowie nicht-motorische Symptome wie kognitiver Abbau und Depression stehen im Zusammenhang mit gestörter neuronaler Aktivität und Konnektivität in spezifischen Hirnregionen. Ein besseres Verständnis von krankheitsassoziierten Veränderungen der Hirnaktivität im Krankheitsverlauf könnte zur Entwicklung neuer therapeutischer Strategien beitragen. Im vorliegenden Projekt sollen daher Veränderungen in der Netzwerkaktivität zwischen verschiedenen Hirnregionen in einem neuartigen Mausmodell für IPS sowie das therapeutische Potential von fokussierter Ultraschall (FUS-)Neuromodulation untersucht werden. Zur Untersuchung der Netzwerkaktivität und von therapeutischen Effekten nutzen wir 4D funktionelle Ultraschallbildgebung (4D-fUSi), welche im Gegensatz zu klassischen magnetresonanztompographie (MRT)-basierten Methoden, leicht in wachen und frei beweglichen Tieren angewendet werden kann. Um Netzwerkveränderungen im Gehirn im Verlauf der Krankheit abzubilden, wurde ein neuartiges Mausmodell des IPS ausgewählt, welches wesentliche Aspekte der menschlichen Krankheitsprogression in kurzer Zeit nachbildet. Das Modell basiert auf einem Gendefekt, der zu mitochondrialer Dysfunktion und zu fortschreitenden motorischen Symptomen führt, die auf L-DOPA-Therapie ansprechen. Durch die Kombination dieses Modells mit fUSi möchten wir Netzwerkveränderungen im Gehirn über die Zeit und unter verschiedenen Bedingungen, wie L-DOPA-Behandlung und FUS-Neuromodulation, umfassend untersuchen. FUS ist eine nicht-invasive Technik, die eine präzise Neuromodulation auch in tiefen Hirnregionen ermöglicht. In veröffentlichten Studien konnten unter anderem positive Effekte auf motorische Defizite in Mausmodellen für IPS demonstriert werden. In diesem Projekt soll untersucht werden, ob FUS langanhaltende Verbesserungen von IPS-assozierten Netzwerkveränderungen im Gehirn bewirken kann. Zur Validierung werden Photometrie zur Messung der neuronalen Aktivität und Dopaminfreisetzung sowie Diffusions-MRT zur Untersuchung struktureller Veränderungen eingesetzt. Die Hauptziele sind: 1. Netzwerkveränderungen im Gehirn IPS-Modell im Zeitverlauf und im Vergleich zu gesunden Kontrollen abzubilden. 2. Zu untersuchen, ob FUS-Neuromodulation gestörte Netzwerkaktivität und neuronale Aktivität bei IPS normalisieren kann. 3. Mögliche Effekte mit Photometrie und struktureller Bildgebung zu validieren. Durch die Kombination von neuartiger Bildgebung und Neuromodulation zielt dieses Projekt darauf ab, ein tieferes Verständnis darüber zu gewinnen, wie IPS Gehirnnetzwerke beeinträchtigt, und das therapeutische Potential von FUS Neuromodulation zu untersuchen. Die Ergebnisse könnten zur Entwicklung neuer Therapien für IPS und andere neurodegenerative Erkrankungen beitragen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Elisa Evgenia Konofagou, Ph.D.