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13.06.2016

Alzheimer und Co. auf der Spur

Ein 9,4 Tesla Magnetresonanz-Tomograf (MRT) kombiniert mit einem Positronen-Emissions-Tomografen (PET) von FZ Jülich und Siemens Healthcare

Hoch aufgelöste Bildgebung aus dem lebenden Gehirn verbessert das Verständnis, die Diagnostik und die Therapiemöglichkeiten von komplexen Hirnerkrankungen.

Schon über zehn Jahre, bevor die typischen Alzheimer-Symptome auftreten, kann hochauflösende Bildgebung krankheitstypische Ablagerung im Gehirn sichtbar machen. Aufbauend auf dieser Erkenntnis sucht das globale Netzwerk für dominant vererbte Alzheimer-Krankheit (DIAN) nun Probanden, deren Eltern an der Krankheit leiden, um die Diagnostik zu verfeinern und Therapieansätze zu finden. Gesucht sind Probanden, die verdächtige Genmutationen in sich tragen und solche, bei denen nichts auf eine spätere Erkrankung hindeutet.

Das Projekt ist eines von Dutzenden, in denen Forscher weltweit Mittel gegen Alzheimer suchen. Doch es geht in der Hirnforschung um mehr: Milliardenschwere Großforschungsprojekte wie die BRAIN Initiative in den USA oder das Human Brain Project der EU tragen momentan alles verfügbare Wissen über das menschliche Gehirn zusammen, kartieren es und bilden seine Funktionen in Simulationen minutiös nach. Zugleich erforschen Teams die physiologischen Begleiterscheinungen von Krankheiten wie Parkinson, Epilepsie, Multiple-Sklerose, Schizophrenie oder chronischen Kopfschmerzen. Wichtigstes Instrument sind dabei bildgebende Verfahren.

Blick ins lebende Gehirn
Probanden im DIAN-Projekt durchlaufen eine mehrstufige Diagnose mit Gedächtnistests, Analysen von Blut und Gehirn-Rückenmarksflüssigkeit und bis zu vier Imaging-Verfahren. Darunter Magnetresonanztomographie (MRT) für tiefe Einblicke in die Gehirnstrukturen. Gerade die neue 7-Tesla-Technik gibt der Hirnforschung dank Auflösungen im sub-Millimeterbereich Schub. Neben alzheimer- oder parkinsontypischen Ablagerungen machen die Geräte Tumore im Frühstadium sichtbar, was die Chance auf Heilung stark erhöht. Erste Forschungszentren nutzen 9,4-, 10,5- oder gar 11,7-Tesla-Scanner. Dank funktioneller MRT (fMRT) sind damit auch Hirnfunktionen zu beobachten: So werden etwa aktive Hirnregionen sichtbar, weil hier besonders sauerstoffreiches Blut fließt. In vergleichenden Untersuchungen können die Forscher so erkennen, welche Hirnregionen welche Informationen verarbeiten und wie sich Hirnfunktionen mit zunehmendem Alter oder bei Erkrankungen verändern. Auch der Wassertransport im Gehirn ist in-vivo nachvollziehbar. Ist dieser diffus oder eingeschränkt, ist das ein deutliches Indiz für Probleme in der betroffenen Hirnregion.

Auch weitere Verfahren, darunter die Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) und die Fluordeoxygluose-Positronen-Emissionen-Tomographie (FDG-PET), geben Forschern direkte Einblicke ins lebende Hirn. Für Letztere wird Patienten eine leicht radioaktive Marker-Substanz injiziert, um die Abläufe im lebenden Gehirn zu verfolgen. Zum Aufspüren von Plaques ist im DIAN-Projekt auch die Positronen-Emissionen-Tomographie mithilfe des Pittsburgh Compound-B (PIB-PET) im Einsatz. Damit lässt sich verfolgen, ob und wo injizierte Substanzen an Plaque im Hirn binden.

Willkommende optische Verfahren
Optional werden die Gehirne der Probanden nach ihrem Tod mikroskopisch weiter untersucht. Neue chemische Verfahren wie CLARITY erlauben es, diese als Ganzes durchsichtig zu machen. Statt zerschnittene Gehirne zu untersuchen, können Forscher die intakten Gehirne mit optischen Verfahren bis in einzelne Zellen hinein sichtbar machen. Seien es Elektronen- oder Fluoreszenzmikroskope von Herstellern wie Zeiss, Leica Microsystems, Picoquant, Thorlabs oder Qioptiq oder die räumlich und zeitlich hochauflösenden mikroskopischen Kameras von Jenoptik.

Hoch auflösende Mikroskopie ist aber auch bei Operationen am lebenden Gehirn im Einsatz. In Verbindung mit fluoreszierenden Farbstoffen und Software wagen Neurochirurgen damit mittlerweile Eingriffe, die vor wenigen Jahren undenkbar waren. Etwa die Korrektur von gefährlichen Fehlbildungen der Blutgefäße tief im Hirn. Durch Injektion der Farbstoffe können Operateure die Adern mit entsprechenden Modulen im Mikroskop nicht nur sehr klar erkennen, sondern schon während der operativen Korrektur überwachen, ob der Blutfluss in ausreichendem Maße gewährleistet bleibt. Zeiss zeigt an einem Fallbeispiel, wie die Technik auch in schwierigsten Fällen Leben retten kann.


Bildquelle: Forschungszentrum Jülich

 
 
 
 
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