Bildgebende Verfahren zur Diffusion von Wassermolekülen in Gewebe
Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) ist ein MRT-Verfahren (Magnetresonanztomographie), das die richtungsabhängige Diffusion von Wassermolekülen erfasst und dreidimensional als Funktion der räumlichen Lage darstellt. So kann das Diffusionsverhalten auf allen drei Achsen (Anisotropie) berechnet werden. Trotz ihrer wachsenden Popularität in Forschung und klinischer Praxis bestehen noch Wissenslücken zu den Faktoren, die den Diffusions-Tensor beeinflussen. Dabei reichen theoretische Verdrängungsmodelle nicht aus, um die Bewegung von Wassermolekülen zu berechnen, und inzwischen wird auch vermutet, dass diese Bewegung durch neuronale Aktivität veränderbar ist. Das EU-finanzierte Projekt MMDTIAN untersuchte diese Variante mit drei verschiedenen Arten der Bildgebung an neuronalen Zellkulturen. So wurde an einem 3D-Gewebenetz aus organtypische Zellkulturen mit mehr als einem Zelltyp die In-situ-Situation ohne Störgeräusche durch den Blutfluss nachgestellt. Dieser neue experimentelle Ansatz arbeitet mit exzidiertem Rückenmark aus lebenden Rattenneugeborenen. Die Forscher zeigten erstmals, dass eine Verstärkung der neuronalen Aktivität die Diffusion in einer Weise beeinflusst, die mehr als nur ein Nebeneffekt des Blutsauerstoffgehalts ist, was einen mechanischen Zusammenhang vermuten lässt. Diese bahnbrechende Demonstration wurde mehrfach für Innovation ausgezeichnet und in einem umfangreichen Beitrag in einer unabhängigen Fachzeitschrift vorgestellt. Neben biomedizinischen Anwendungen beruhen auch viele industrielle Geräte auf dem Diffusionsprinzip. Das Team entwickelte eine neue Methode, um die Porengrößenverteilung aus mehreren diffusionsgewichteten NMR-Parametern zu berechnen. Sie ebnete den Weg für bislang nicht durchführbare Experimente und Ergebnisse und wurde ebenfall in mehreren Publikationen beschrieben, u.a. für Anwendungen poröser Polymere. Schließlich entwickelte das Team eine schnellere und bessere Bildgebungsmethode mit einem kostengünstigen, mobilen unilateralen NMR-Scanner. Das mobile NMR wurde in mehreren Artikeln vorgestellt und wird derzeit über ein anderes Projekt im klinischen Umfeld eingesetzt. Das Projekt MMDTIAN trug wesentliche Erkenntnisse zur Funktionsweise eines wichtigen neuen bildgebenden Verfahrens bei (DTI) und setzte es auf beeindruckende Weise ein. Die Ergebnisse sind für viele Fachbereiche interessant und werden physiologische Prozesse aus neuer Perspektive darstellen.
Schlüsselbegriffe
Abbildungstechnik, Diffusions-Tensor-Bildgebung, Diffusionsbewegung, neuronale Zellkultur, biomedizinische Anwendungen
