Bildgebung MRT-Verfahren erkennt Multiple Sklerose frühzeitig

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ETH-Forscher haben ein neues Verfahren der Magnetresonanztomographie entwickelt, das die Myelinscheiden im Gehirn und deren Zustand genauer abbildet. Das Verfahren könnte auch dazu dienen, weitere feste Gewebetypen wie Bindegewebe, Sehnen und Bänder besser sichtbar zu machen.

Multiple Sklerose (MS) ist eine neurologische Erkrankung, die meist zu bleibenden Behinderungen führt. Weltweit sind etwa 2,9 Millionen Menschen davon betroffen. ETH-Forscher um Markus Weiger und Emily Baadsvik vom Institut für Biomedizinische Technik haben ein neues Verfahren der Magnetresonanztomographie (MRT) entwickelt, das den Zustand der Myelinscheiden genauer als bisher möglich abbildet. Die Forschenden testeten das Verfahren erstmals erfolgreich an gesunden Menschen.

Das MRT-System mit speziellem Kopfscanner könnte Ärzten in Zukunft dabei helfen, MS frühzeitig zu erkennen und den Verlauf der Krankheit besser zu überwachen. Zudem könnte die Technologie die Entwicklung neuer Medikamente gegen MS erleichtern. Doch damit nicht genug: Das neue MRT-Verfahren könnte Forschenr auch dazu dienen, weitere feste Gewebetypen wie Bindegewebe, Sehnen und Bänder besser sichtbar machen.

Bisherige MRT-Geräte können Myelinscheiden nicht direkt abbilden

Mit herkömmlichen MRT-Geräten lassen sich die Myelinscheiden nur ungenau und indirekt abbilden. Der Grund dafür ist, dass die meisten Geräte auf Wassermoleküle im Körper reagieren, die durch Radiowellen in einem starken Magnetfeld angeregt werden. Die Myelinscheiden, die sich in mehreren Lagen um die Nervenfasern wickeln, bestehen jedoch hauptsächlich aus Fettgewebe und Proteinen. Nur zwischen diesen Lagen befindet sich das so genannte Myelinwasser. Standard-MRTs nutzen für ihre Bilder v. a. die Signale der Wasserstoffatome im Myelinwasser und bilden die Myelinscheiden nicht direkt ab.

Neues Verfahren misst Myelingehalt und versieht ihn mit Zahlen

Das neue MRT-Verfahren der ETH-Forscher misst den Myelingehalt direkt. Es versieht die MRT-Aufnahmen des Gehirns mit Zahlenwerten. Diese zeigen, wie viel Myelin an einer Stelle im Vergleich zu anderen Bereichen des Bildes vorhanden ist. So bedeutet die Zahl acht, dass der Myelingehalt an dieser Stelle nur acht Prozent von einem Maximalwert von 100 beträgt. Dies deutet auf eine deutliche Ausdünnung der Myelinscheiden hin. Grundsätzlich gilt: Je dunkler der Bereich und je kleiner die Zahl im Bild, desto stärker sind die Myelinscheiden reduziert. Mit diesen Angaben könnten Ärzte den Schweregrad und Verlauf von MS besser einschätzen.

Kopfscanner misst Signale in millionstel Sekunden

Die Myelinscheiden direkt abzubilden, ist allerdings schwierig. Denn die Signale, die das MRT im Gewebe auslöst, sind viel kurzlebiger als die Signale, die vom Myelinwasser ausgehen. „Vereinfacht gesagt bewegen sich die Wasserstoffatome im Myelingewebe weniger frei als im Myelinwasser. Sie erzeugen daher viel kurzlebigere Signale, die nach einigen Mikrosekunden wieder verschwinden“, erklärt Weiger. Ein herkömmlicher Kernspintomograph kann diese flüchtigen Signale nicht erfassen, da er nicht schnell genug misst.

Um genau das zu tun, verwendeten die Forscher einen speziell angepassten MRT-Kopfscanner, den sie in den letzten zehn Jahren zusammen mit den Firmen Philips und Futura entwickelt haben. Dieser zeichnet sich durch besonders starkes Gefälle im Magnetfeld aus, im Fachjargon Gradient genannt. „Je grösser die Veränderung der Magnetfeldstärke ist, welche die drei Spulen im Scanner erzeugen, desto schneller können Informationen über die Position von Wasserstoffatomen aufgezeichnet werden“, sagt Baadsvik.

Erzeugen lässt sich ein solch starker Gradient über starken Strom und ein ausgeklügeltes Design. Da die Forscher nur den Kopf scannen, ist das Magnetfeld weniger ausgedehnt und konzentrierter als bei herkömmlichen Geräten. Darüber hinaus kann das System schnell vom Senden der Radiowellen auf den Empfang der Signale umstellen. Dafür haben die Forscher und ihre Industriepartner eine spezielle Schaltung entwickelt.

Die nächsten Schritte

Die Forscher haben ihr MRT-Verfahren bereits erfolgreich an Gewebeproben von MS-Patienten und an zwei gesunden Personen getestet. Als nächstes wollen sie es an MS-Patienten testen. Ob der MRT-Kopfscanner künftig in Kliniken zu finden sein wird, hängt nun von der Industrie ab. „Wir haben gezeigt, dass unser Verfahren funktioniert. Jetzt liegt es an Industriepartnern, es zu implementieren und auf den Markt zu bringen“, sagt Weiger.

Literaturhinweis

Baadsvik E, Weiger M, Froidevaux R, Schildknecht C, Ineichen B, Pruessmann K. Myelin bilayer mapping in the human brain in vivo, Magnetic Resonance in Medicine, 03 January 2024, doi: externe Seite10.1002/mrm.29998

Baadsvik E, Weiger M, Froidevaux R, Faigle W, Ineichen B, Pruessmann K. Quantitative magnetic resonance mapping of the myelin bilayer reflects pathology in multiple sclerosis brain tissue, Science Advances, 11 Aug 2023 Vol 9, Issue 32, doi: 10.1126/sciadv.adi0611

Weiger M, et.al. A high-​performance gradient insert for rapid and short-​T2 imaging at full duty cycle, Magnetic Resonance in Medicine 2018, doi: externe Seite10.1002/mrm.26954call_made

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