Kombinierte Hochfrequenz Ultraschall und Photoakustik Imaging Plattform

• Fachliche Zuordnung: Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544802256

Hochfrequenz-Ultraschall (US) wurde in der präklinischen neurowissenschaftlichen Forschung bisher nur in begrenztem Umfang eingesetzt, bietet jedoch einzigartige Vorteile für die Untersuchung der Gefäßfunktion und Hämodynamik des Gehirns in Echtzeit. Insbesondere ermöglicht die Hochfrequenz-US-Bildgebung eine hohe zeitliche Auflösung (mehrere tausend Bilder/Sekunde), eine tiefe Gewebsdurchdringung (>1,5 cm), ein großes Sichtfeld (~1 cm2) und eine räumliche Auflösung im µm-Bereich, wobei neuere superauflösende Ansätze sogar die Visualisierung des gesamten Gefäßbaums bis zur Kapillarebene erlauben. Darüber hinaus bieten US-Systeme in Kombination mit photoakustischen (PA) Fähigkeiten weitere Vorteile, da sie eine multispektrale Bildgebung mit gleichzeitiger Visualisierung z. B. des Sauerstoffgehalts des Gewebes (durch Detektion des De-/Oxyhämoglobinspiegels) und molekularer Veränderungen durch Anwendung von PA-Farbstoffen und Kontrastmitteln ermöglichen. Parallel aufgenommene PA- und US-Bilder können dann integriert werden, so dass multimodale Aufnahmen der Hirngefäße und der Pathologie entstehen. Vaskuläre Dysfunktion ist bei neurovaskulären und neurodegenerativen Erkrankungen wie Schlaganfall und Alzheimer von großer klinischer Relevanz; unser Verständnis ihrer Pathogenese ist jedoch noch unvollständig. Dieser Antrag betrifft daher die Beschaffung eines kombinierten US/PA-Systems, das in die bestehende Imaging Unit am Centrum für Schlaganfall- und Demenzforschung (CSD) der LMU integriert werden soll. Das neue System wird neuartige experimentelle Ansätze von fünf Arbeitsgruppen sowie von DFG-geförderten Konsortien (u.a. eine FOR, ein TRR und ein Exzellenzcluster) unterstützen und auch der breiteren Forschungsgemeinschaft in München zugänglich sein. Das US/PA-System wird die derzeitigen In-vivo-Bildgebungskapazitäten am CSD erweitern, indem es die technologische Lücke zwischen den bestehenden mikroskopischen (d.h. 2-/3-Photonen- und Mesoscale-Mikroskopie mit hoher bis mittlerer räumlicher Auflösung, aber geringer Eindringtiefe in das Gewebe) und den makroskopischen Bildgebungsmodalitäten (wie die Magnetresonanztomographie, die die Bildgebung ganzer Organe/Körper mit hohem anatomischem Kontrast, aber geringer zeitlicher Auflösung ermöglicht), schließt. Wissenschaftlich gesehen wird die US/PA-Plattform neuartige Untersuchungsmethoden ermöglichen, wie z. B. die Analyse der Gefäßstruktur, -funktion und Hämodynamik im gesamten Mausgehirn durch gleichzeitige Visualisierung der Anatomie mit US- und der Pathologie mit PA-Bildgebung. Darüber hinaus wird ein System, das sowohl handgehaltene als auch motorisierte US/PA-Sonden bietet, direkte Untersuchungen darüber ermöglichen, wie sich eine periphere vaskuläre Dysfunktion auf Pathologien des Gehirns auswirkt. Somit wird diese Modalität die modernen In-vivo-Bildgebungsverfahren erweitern und weitere Spitzenforschung zur Rolle der Gefäßdysfunktion als Ursache neurologischer Erkrankungen am CSD ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Kombinierte Hochfrequenz Ultraschall und Photoakustik Imaging Plattform
• Gerätegruppe: 3900 Ultraschall-Diagnostikgeräte
• Antragstellende Institution: Ludwig-Maximilians-Universität München
• Leiter: Professor Jonas Neher, Ph.D.