Validierung von 129Xe-Magnetresonanztomografie zur nichtinvasiven Untersuchung normaler Alterung der Lungenmikrostruktur

• Antragsteller: Dr. Agilo Luitger Kern; Professor Dr. Lars Knudsen; Professor Dr. Jens Vogel-Claussen
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558306628

Trotz intensiver Forschungsbemühungen sind zahlreiche Vorgänge der Alterung der Lunge nach wie vor ungeklärt. Für ein verbessertes Verständnis frühzeitiger Veränderungen der Lungenmikrostruktur aufgrund von Krankheit ist jedoch ein genaues Verständnis der normalen Alterung der Lunge notwendig. Stereologische Methoden angewendet auf histologische Schnitte können als Goldstandard für die Beurteilung der Mikrostruktur angesehen werden und wurden in zahlreichen Tiermodellen normaler Entwicklung und Alterung der Lunge eingesetzt. Eine stereologische Untersuchung der Lunge ist jedoch nur lokal und durch invasive Entnahme von Gewebeproben oder posthum möglich. Stereologische Studien zur normalen menschlichen Lunge sind daher in der Regel auf wenige Fälle begrenzt. Auch werden die Ergebnisse grundsätzlich durch die Methode der Gewebefixierung beeinflusst. Magnetresonanztomografie (MRT) mit hyperpolarisiertem 129Xe ermöglicht das nichtinvasive Sammeln von Informationen über die Funktion und Struktur der Lunge in vivo. Neben Ventilationsbildgebung zur Untersuchung von Atemwegsobstruktionen ermöglicht 129Xe-MRT die Untersuchung der Diffusion der Gas-Atome sowohl in den luftgefüllten Räumen als auch im Lungenparenchym, was Rückschlüsse auf die Lungenmikrostruktur erlaubt. Es gibt zahlreiche Belege dafür, dass 129Xe-MRT der Lunge sensitiv für subklinische Veränderungen der Mikrostruktur der Lunge ist und somit das Potenzial besitzt, unser Verständnis der normalen Alterung der Lunge zu verbessern. So wurde beispielsweise in mehreren Publikationen ein statistisch signifikanter Zusammenhang zwischen alveolärer Wanddicke aus Chemical-Shift-Saturation-Recovery-(CSSR)-Spektroskopie und dem Alter in gesunden Probanden gefunden. Die wichtige Frage, inwiefern die Mikrostrukturparameter aus nichtinvasiver 129Xe-CSSR-Spektroskopie Veränderungen der Lungenmikrostruktur durch normale Alterung richtig erfassen, ist jedoch noch nicht geklärt. Übergeordnetes Ziel dieses Vorhabens ist die erstmalige Validierung der 129Xe-CSSR-Methode im Hinblick auf die nichtinvasive Untersuchung von Alterungsprozessen der Mikrostruktur der Lunge. Hierzu besitzt das Vorhaben drei Teilziele: 1. Etablierung eines Tiermodells zur Validierung der Mikrostrukturparameter aus 129Xe-CSSR-Spektroskopie durch den Referenzstandard Stereologie, 2. Validierung von Modellen der Gasaufnahme zur Bestimmung von Mikrostrukturparametern aus 129Xe-CSSR-Spektroskopie-Daten durch numerische Simulationen in realistischen Geometrien der Rattenlunge, 3. Validierung der Mikrostrukturparameter aus 129Xe-CSSR-Spektroskopie durch Stereologie in einem Tiermodell normaler Alterung der Lunge. Mit dem Erreichen dieser Ziele wird ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer nichtinvasiven Untersuchung der Lungenmikrostruktur und damit zu einem besseren Verständnis von Alterungsprozessen der Lunge in Mensch und Tier sowie zu einer verbesserten Diagnose von Krankheiten im frühen Stadium gemacht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen