Magnetresonanztomographie (MRT) zeigt erstmals Gehirnentzündung in vivo

Die Neuroinflammation ist eine der wichtigsten funktionellen Veränderungen und wir behandeln diese im MOJO Institut sehr häufig. Bisher lässt sie sich bei Krankheiten wie LongCOVID, CFS/ME, Fibromyalgie und psychiatrischen Erkrankungen allerdings nur klinisch per Symptomatik feststellen. Wir verwenden ausserdem einige Laborparameter wie BDNF und NSE um die Neuroinflammation einzugrenzen, jedoch gibt es bisher keine definitive Objektivdiagnostik.

Forscher des UMH-CSIC Neurosciences Institute haben eine innovative Strategie entwickelt, die es erstmals ermöglicht, Gehirnentzündungen mit Hilfe der diffusionsgewichteten Magnetresonanztomographie (dw-MRT) detailliert und in vivo sichtbar zu machen. Diese detaillierte “Röntgenaufnahme” von Entzündungen kann mit herkömmlicher MRT nicht erzielt werden, sondern erfordert spezielle Sequenzen der Datenerfassung und mathematische Modelle. Nach der Entwicklung der Methode waren die Forscher in der Lage, die Veränderungen in der Morphologie der verschiedenen Zellpopulationen, die am Entzündungsprozess im Gehirn beteiligt sind, zu quantifizier

Der Mangel an nicht-invasiven Ansätzen zur Charakterisierung von Gehirnentzündungen

Degenerative Gehirnerkrankungen wie Alzheimer und andere Demenzen, Parkinson oder Multiple Sklerose sind ein drängendes und schwieriges Problem. Eine anhaltende Aktivierung von zwei Arten von Gehirnzellen, Mikroglia und Astrozyten, führt zu einer chronischen Entzündung im Gehirn, die eine der Ursachen für Neurodegeneration ist und zu ihrer Progression beiträgt.

Ein weiterer Nachteil der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ihre geringe räumliche Auflösung, die sie für die Abbildung kleiner Strukturen ungeeignet macht, zumal entzündungsspezifische Radiotracer in mehreren Zelltypen (Mikroglia, Astrozyten und Endothel) exprimiert werden, wodurch eine Unterscheidung zwischen ihnen unmöglich wird.

Angesichts dieser Nachteile hat die diffusionsgewichtete MRT die einzigartige Fähigkeit, die mikrostrukturellen Veränderungen des Gehirns in vivo nicht-invasiv und mit hoher Auflösung abzubilden, indem sie die zufällige Bewegung von Wasser-molekülen im Hirngewebe erfasst, um Kontrast in den MRT-Bildern zu erzeugen.

Innovative Strategie zur Visualisierung von Gehirnentzündungen

In dieser Studie haben die Forscher des UMH-CSIC Neurosciences Institute eine innovative Strategie entwickelt, die es ermöglicht, die Aktivierung von Mikroglia und Astrozyten im grauen Hirngewebe mittels diffusionsgewichteter Magnetresonanztomographie (dw-MRT) darzustellen.

“Es wird zum ersten Mal gezeigt, dass das Signal dieses Typs der MRT (dw-MRT) die Aktivierung von Mikroglia und Astrozyten nachweisen kann, wobei spezifische Merkmale für jede Zellpopulation festgestellt wurden. Die von uns verwendete Strategie spiegelt die postmortem validierten morphologischen Veränderungen mittels quantitativer Immunhistochemie wider”, so die Forscher.

Sie haben auch gezeigt, dass diese Technik empfindlich und spezifisch genug ist, um Entzündungen mit und ohne Neurodegeneration zu erkennen, so dass beide Zustände unterschieden werden können. Darüber hinaus ist es möglich, zwischen Entzündungen und der bei Multipler Sklerose charakteristischen Demyelinisierung zu unterscheiden.

Silvia de Santis sagt, dass diese Arbeit auch den translationalen Wert des verwendeten Ansatzes an einer Kohorte gesunder Menschen mit hoher Auflösung zeigt, “bei der wir eine Reproduzierbarkeitsanalyse durchgeführt haben. Der signifikante Zusammenhang mit bekannten Mikroglia-Dichte-Mustern im menschlichen Gehirn unterstützt die Nützlichkeit der Methode zur Generierung zuverlässiger Biomarker für Gliazellen. Wir sind der Meinung, dass die Charakterisierung relevanter Aspekte der Gewebemikrostruktur während einer Entzündung, nichtinvasiv und longitudinal, einen enormen Einfluss auf unser Verständnis der Pathophysiologie vieler Gehirnerkrankungen haben kann und die derzeitige diagnostische Praxis und Überwachungsstrategien für neurodegenerative Erkrankungen verändern kann.”

Um das Modell zu validieren, verwendeten die Forscher ein etabliertes Paradigma der Entzündung bei Ratten, das auf der intrazerebralen Verabreichung von Lipopolysaccharid (LPS) basierte. In diesem Paradigma wurden neuronale Vitalität und Morphologie erhalten, während zunächst eine Aktivierung von Mikroglia (den Immunzellen des Gehirns) und verspätet eine Astrozytenreaktion induziert wurde. Diese zeitliche Abfolge zellulärer Ereignisse ermöglichte es, die Reaktionen der Gliazellen vorübergehend von der neuronalen Degeneration abzukoppeln und die Signatur der reaktiven Mikroglia unabhängig von der Astrogliose zu untersuchen.

Um den Abdruck der Astrozytenaktivierung zu isolieren, wiederholten die Forscher das Experiment, indem sie die Tiere mit einem Inhibitor vorbehandelten, der vorübergehend etwa 90% der Mikroglia beseitigte. Anschließend testeten sie mit einem etablierten Paradigma der neuronalen Schädigung, ob das Modell in der Lage war, die “Fußabdrücke” der Neuroinflammation mit und ohne begleitende Neurodegeneration zu entwirren. “Dies ist entscheidend, um die Nützlichkeit unseres Ansatzes als Plattform zur Entdeckung von Biomarkern für den inflammatorischen Zustand bei neurodegenerativen Krankheiten nachzuweisen, bei denen sowohl die Aktivierung der Gliazellen als auch die Schädigung der Neuronen eine wesentliche Rolle spielen”, schreiben sie.

Schließlich haben die Forscher ein etabliertes Paradigma der Demyelinisierung verwendet, das auf der fokalen Verabreichung von Lysolecithin basiert, um zu zeigen, dass die entwickelten Biomarker die Gewebeveränderungen, die häufig bei Gehirnerkrankungen auftreten, nicht widerspiegeln.

Schlussfolgerung

Die Studie zeigt, dass die diffusionsgewichtete MRT eine nicht-invasive und differenzielle Erkennung der Aktivierung von Mikroglia und Astrozyten ermöglichen kann, zwei Arten von Gehirnzellen, die der Neuroinflammation und ihrer Entwicklung zugrunde liegen. Diese bahnbrechende Entdeckung könnte entscheidend sein, um die Erforschung und Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen zu verändern.

Quelle

de Santis, S., Canals, S. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging for the study of neuroinflammation. Sci Adv 7, eabf3033 (2021). https://doi.org/10.1126/sciadv.abf3033