Entschlüsselung der physikalischen Kontrastmechanismen der myelinassoziierten inhomogenen Magnetisierungstransfers durch feld- und orientierungsabhängige MR-Experimente

• Antragsteller: Dr. Niklas Wallstein
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 583330727

Die Magnetresonanztomographie hat sich zur wichtigsten Methode für die Darstellung der Myelinscheide entwickelt, mit dem Ziel, De- und Remyelinisierungsprozesse zu beobachten. Die Myelinscheide ist eine mehrschichtige Schutzhülle aus Lipid-Protein-Doppelschichten, welche die Axone umgibt. Ein Abbau der Myelinscheide steht im Zusammenhang mit einer Vielzahl neurodegenerativer Erkrankungen, was die Notwendigkeit der Entwicklung innovativer Techniken zur nicht-invasiven Quantifizierung des Gewebe-Myelingehalts verdeutlicht. Gegenwärtig existieren mehrere Myelin-sensitive MRT-Techniken - mit spezifische Stärken und Schwächen. Hierzu zählt unteranderem auch der inhomogeneous magnetization transfer (ihMT). IhMT ist eine Erweiterung der MT-Bildgebung und liefert durch die Isolierung von dipolaren Ordnungseffekten andere Kontraste zwischen Geweben als MT – mit erhöhter Myelin-Empfindlichkeit. Um verlässlicher Anwendungen der ihMT-Bildgebung zu entwickeln, ist ein umfassendes physikalisches Verständnis der zugrunde liegenden Kontrastmechanismen unerlässlich. Dies erfordert jedoch eine verstärkte Fokussierung auf die Untersuchung fundamentaler Aspekte, wie im MONUMENT Projekt vorgeschlagen wird. IhMT ist gemäß der Theorie - basierend auf biophysikalischen Modellen mit „mobilen“ und „halbfesten“ Reservoiren, die zusätzlich mit Reservoiren dipolarer Ordnungen (beschrieben durch die Provotorov-Theorie) ausgestattet sind - intrinsisch durch die dipolaren Ordnungs-Relaxationszeiten T1D des Gewebes beeinflusst. Das MONUMENT Projekt wird diese Modelle in Bezug auf zwei grundlegende Aspekte untersuchen: (I) Im Rahmen der Entwicklung neuerer ‚Niederfeld‘ MR-Systeme wird der Einfluss der externen Feldstärke auf den beobachteten ihMT-Effekt und die T1D-Relaxationszeiten – inklusive der Untersuchungen von ihMT-Phantomen und Geweben bei kleinen Feldstärken (von wenigen mT) – umfassend analysiert. (II) Die Anisotropie von ihMT, d. h. der Einfluss der Orientierung der Hauptfaser zum Feld, wird anhand von ex vivo Gewebeproben (unter Winkelvariation der Proben) charakterisiert, die durch etablierte, speziell entwickelte Spulenaufbauten bei unterschiedlichen klinischen Feldstärken und Temperaturen ermöglicht wird. Diese beiden Hauptziele werden zu einem besseren Verständnis des ihMT-Effektes führen, und zwar in Bezug auf (i) die Gültigkeit der Modelle und den ihMT-Effekt bei kleinen Feldern sowie (ii) der Größe der ihMT- und T1D-Anisotropie in hochgeordneten Geweben. Die gezielte Entschlüsselung des physikalischen Kontrastmechanismus des Myelin-assoziierten ihMT-Effektes wird ein tieferes Verständnis der mit der Modellierung verbundenen Fallstricke ermöglichen und eine sorgfältige Analyse der erforderlichen Komplexität ermöglichen. Umgekehrt werden die Unzulänglichkeiten vereinfachter Modelle evident. Letztendlich wird die Zuverlässigkeit der von ihMT-gewichteten Bildern abgeleiteten biophysikalische Modellparameter, wie z. B. den Myelingehalt, verbessert.

• DFG-Verfahren: Stelle