Einfluss von Myelin auf die diamagnetische Suszeptibilität

Multiple Sklerose (MS) ist die häufigste chronisch Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) bei jungen Erwachsenen. Bei MS kommt es zu einer Entzündung der weißen Gehirnsubstanz, die die Myelinschicht der Nervenfasern beschädigt. Diese Myelinschicht dient als Isolierschicht, die um Nervenfasern gewickelt ist und eine schnelle Signalübertragung ermöglicht. Durch Schädigung oder Zerstörung der Myelinschicht, kommt es zur Verlangsammung der Signalübertragung und zu typischen neurologischen Symptomen bei MS. In der Magnetresonanz Tomographie (MRT) gibt es eine Vielzahl von Methoden um den Myelingehalt im Gewebe zu bestimmen. Jedoch ist der genaue Einfluss von Myelin und dessen verschiedenen Komponenten auf die magnetische Suszeptibilität noch nicht im Detail bekannt. Durch Quantitative Susceptibility Mapping (QSM) ist die Messung der magnetischen Susceptibilität mittels MRT möglich. Im menschlichen Gehirn tragen Eisen und Myelin am stärksten zur magnetischen Suszeptibilität bei. Das Ziel des Projektes ist die Erforschung des Einflusses von Myelin und dessen verschiedenen chemischen Bestandteilen auf die magnetische Suszeptibilität. Um dies zu ermöglichen werden post-mortale MRT Messungen von Gehirngewebe bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt. Somit kann der Einfluss von Eisen und Myelin getrennt werden. In weiterer Folge wird mittels einen speziellen MRT Methode, dem Myelin Water Imaging (MWI), der Gehalt von Myelin in Gehirngewebe von gesunden und MS Patienten bestimmt. Zusätzlich werden histologische und biochemische Analysen der Gehirnproben durchgeführt, um die chemische Zusammensetzung des Myelin zu untersuchen. Durch Kombination dieser verschiedenen Methoden kann das Wissen über den Einfluss von Myelin und dessen einzelnen Komponenten auf die magnetische Suszeptibilität erweitert werden. Dadurch kann die magnetische Suszeptibilität mit Veränderungen der Myelinkonzentration und Myelinzusammensetzung in Verbindung gebracht werden. Eine zukünftige Anwendung kann diese Methode in der MS Diagnostik beziehungsweise in der Verfolgung des Krankheitsverlaufs finden.

Die ständige Entwicklung von quantitativen Bildgebungsverfahren ist für die Anwendung im Gesunden und im Kranken von großer Bedeutung. Besonders im Bereich von neurologischen Erkrankungen gehört die Bildgebung, vor allem die Magnetresonanztomographie (MRT), zum heutigen Klinikalltag. Verschiedene krankheitsbedingte Veränderungen können mittels MRT dargestellt werden. Diese morphologischen und strukturellen Veränderungen sind häufig durch Veränderungen auf zellulärer Ebene zurückzuführen, wobei zum Beispiel bestimmte Proteine und Lipide inner- und außerhalb von Zellen modifiziert sein können oder deren Konzentration verändert ist. Im menschlichen Nervensystem nimmt das Protein Myelin eine entscheidende Rolle für die schnelle Übertragung von Signalen zwischen Nervenzellen ein. Vor allem in der sogenannten weißen Substanz findet man den größten Anteil an Myelin, das von Oligodendrozyten produziert wird. Diese Zellen bilden eine isolierende Schicht um Axone von Nervenzellen, die eine schnelle Weiterleitung von Signalen ermöglicht. Durch Änderungen im Myelingehalt oder der Struktur kann diese Signalübertragung gestört werden. Diese Myelinschädigungen findet man in verschiedenen Hirnregionen und im Rückenmark bei unterschiedlichen Erkrankungen, wie zum Beispiel bei der Multiplen Sklerose. Im Allgemeinen kann Myelin mit unterschiedlichen MRT-Methoden dargestellt werden, wobei heutzutage das Myelin Water Imaging den Goldstandard darstellt. Dieses MRT-Verfahren beruht auf der Aufnahme von mehreren gewichteten Bildern, um einen sogenannten T2 Signalabfall zu messen. Dieser Signalabfall kann in zwei Komponenten geteilt werden, wobei die Komponenten einerseits das Myelinwasser und anderseits das Wasser inner- und außerhalb von Zellen darstellt. Jedoch ist bei bildgebenden Verfahren eine gewisse Wahrscheinlichkeit gegeben, dass auch störende Signale in den Bildern aufgenommen werden, welche zu Artefakten führen können. Diese störenden Signale können auf zellulärer Ebene in aufwändigen Experimenten mit humanem Gewebe direkt bestimmt werden. In diesem Projekt konnten wir im Gehirn einen Einfluss von Eisen auf das Myelin Water Imaging nachweisen. In der weißen Substanz sind Eisen und Myelin eng miteinander verbunden, da Eisen vor allem in den Myelin-produzierenden Oligodendrozyten gespeichert ist. Aufgrund der magnetischen Eigenschaften ist Eisen für sein starkes Signal in der MRT bekannt. Wir konnten feststellen, dass der Eisengehalt das Signal des Myelingehalt stark beeinflusst. Etwa 25% des angenommenen Myelingehalt konnten dem Eisengehalt zugerechnet werden. Ein weiterer Faktor, der den geschätzten Myelingehalt beeinflusst, stellt die Orientierung der Myelinstruktur dar. Myelinierte Nervenfasern mit dem selben Myelingehalt, aber mit einer anderen Orientierung im MRT, weisen ein unterschiedliches Erscheinungsbild im Mylein Water Imaging auf. Dies kann zu einer ungenauen Schätzung des Myelingehalt führen. Jedoch ist eine genaue Bestimmung, vor allem bei Untersuchungen von neurologischen Erkrankungen und bei Studien die sich mit der Hirnentwicklung befassen, essentiell. Im Allgemeinen wurden mehrere Faktoren identifiziert, die den Goldstandard der Myelingehaltbestimmung in der Bildgebung beeinflussen. Dies lässt daraus schließen, dass MRT-Techniken ständig weiterentwickelt und angepasst werden müssen, um deren Zuverlässigkeit im klinischen Alltag zu gewährleisten.