Ein Forscher träufelt aus einer kleinen Pipette eine Flüssigkeit in ein Reagenzglas. Mehrere Reagenzgläser und ein Erlenmeyerkolben vorn rechts sind mit einer hellblauen, klaren Flüssigkeit gefüllt. Kopf und Schultern des Forschers sind nur unscharf im Hintergrund zu erkennen.

Neuro MRE

Magnetresonanzelastographie zur Quantifizierung veränderter viskoelastischer Gewebekenngrößen bei Neuroinflammation

Es soll eine multiparametrische quantitative Kartierung lokaler biophysikalischer Eigenschaften von Hirngewebe unter Berücksichtigung von Hydratation, Blutfluss und funktionellen Einflüssen auf Viskoelastizitätskenngrößen implementiert werden. Dazu werden die neuartige Echtzeit-Magnetresonanzelastographie und die zerebrale Ultraschall-Elastographie, beide an der Charité erfunden, mit weiteren quantitativen Bildaufnahmetechiken der Magnetresonanztomographie kombiniert.

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Motivation

Derzeitige bildgebungsbasierte Marker neurologischer Erkrankungen sind oft in ihrer Fähigkeit eingeschränkt, die komplizierte strukturell-funktionelle Beziehung von Hirngewebe zu beurteilen und Hirnschäden zu quantifizieren. Vielfältige Studien zeigen, das jedoch viskoelastische Gewebekenngrößen des Gehirns bei der Prognose von Hirnerkrankungen oder therapeutischen Ergebnissen bei Hirntumoren, Traumata oder Hydrozephalus eine Rolle spielen.

Innovation

Aufgeklärt werden sollen noch unvollständig verstandene Wechselwirkungen zwischen Flüssigkeitstransport, Weichgewebeeigenschaften und den starren mechanischen Randbedingungen, die durch den das Gehirn umgebenden knöchernen Schädel vorgegeben sind. Das grundlegende Verständnis der viskoelastischen, poroelastischen und fluiddynamischen Beziehungen im menschlichen Gehirn verspricht bedeutende Fortschritte für neue diagnostische und therapeutische Ansätze von Erkrankungen.

Projektlaufzeit

01/2020 - 12/2021

Ausgewählte Publikationen

Herthum H, Hetzer S, Scheel M, Shahryari M, Braun J, Paul F, Sack I. In vivo stiffness of multiple sclerosis lesions is similar to that of normal-appearing white matter. Acta Biomater. 2022 Jan 15;138:410-421. doi: 10.1016/j.actbio.2021.10.038.
Herthum H, Shahryari M, Tzschätzsch H, Schrank F, Warmuth C, Görner S, Hetzer S, Neubauer H, Pfeuffer J, Braun J, Sack I. Real-Time Multifrequency MR Elastography of the Human Brain Reveals Rapid Changes in Viscoelasticity in Response to the Valsalva Maneuver. Front Bioeng Biotechnol. 2021 May 5;9:666456. doi: 10.3389/fbioe.2021.666456.
Schrank F, Warmuth C, Tzschätzsch H, Kreft B, Hirsch S, Braun J, Elgeti T, Sack I. Cardiac-gated steady-state multifrequency magnetic resonance elastography of the brain: Effect of cerebral arterial pulsation on brain viscoelasticity. J Cereb Blood Flow Metab. 2020 May;40(5):991-1001. doi: 10.1177/0271678X19850936. Epub 2019 May 29. PMID: 31142226; PMCID: PMC7181097.
Kreft B, Tzschätzsch H, Schrank F, Bergs J, Streitberger KJ, Wäldchen S, Hetzer S, Braun J, Sack I. Time-Resolved Response of Cerebral Stiffness to Hypercapnia in Humans. Ultrasound Med Biol. 2020 Apr;46(4):936-943. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2019.12.019. Epub 2020 Jan 28. Erratum in: Ultrasound Med Biol. 2020 Jun;46(6):1551. PMID: 32001088.
Hetzer S, Dittmann F, Bormann K, Hirsch S, Lipp A, Wang DJ, Braun J, Sack I. Hypercapnia increases brain viscoelasticity. J Cereb Blood Flow Metab. 2019 Dec;39(12):2445-2455. doi: 10.1177/0271678X18799241. Epub 2018 Sep 5. PMID: 30182788; PMCID: PMC6893988.