Untersuchung räumlich-zeitlicher Gewebeveränderungen im osteoporotischen Rattenmodell in Abhängigkeit von Bewegung und Hormonersatztherapie mit der in vivo Mikrocomputertomographie durch 4D-Bildgebung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Ricardo Bernhardt
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258678824

Osteoporose ist eine krankhafte Veränderung des Gleichgewichts zwischen natürlichem Knochenaufbau und -abbau, welche über den fortscheitenden Qualitäts- und Materialverlust des Knochengewebes zu dessen erhöhter Bruchanfälligkeit beiträgt. Die Früherkennung einer osteoporotischen Erkrankung ist schwierig, da die damit einhergehenden Knochenveränderungen unbemerkt beginnen und meist erst bei einer bereits vorhandenen Knochenfraktur erkannt werden. Individuelle und sich wechselseitig beeinflussende Faktoren wie die Knochenbelastung und eine vorsorgliche Hormonersatztherapie bei Frauen stehen in Zusammenhang mit der Entstehung und Entwicklung der Osteoporose. Die analytischen Mittel den individuellen Verlauf von Gewebeveränderungen unter diesen Faktoren beim Menschen zu untersuchen sind jedoch begrenzt.Die Lebendtier-Mikrocomputertomographie (Lebendtier-µCT) ist in der Lage mineralisiertes Knochengewebe bei relativ kurzer Bestrahlungszeit bildlich darzustellen und bietet die Möglichkeit Knochenveränderungen zerstörungsfrei zu analysieren. Ziel des Projekts ist es, an einem osteoporotischen Rattenmodell den Verlauf von Knochenveränderungen am Unterschenkel der Tiere mit der Lebendtier-µCT hochaufgelöst zu verfolgen und durch Überlagerung von zeitversetzten 3D-Bilddaten geringste Veränderungen des Knochens sichtbar und quantifizierbar zu machen. Hierzu sollen osteoporotische Gewebeveränderungen in Abhängigkeit von der individuellen Bewegung und dem Einfluss einer Hormonersatztherapie erfolgen. Für die individuelle Bewegungsanalyse der Tiere wird für die Käfighaltung der Ratten ein neuartiger Versuchsaufbau erforscht. Dabei werden Bewegungsdaten zeitsynchron für einzelne Tiere kabellos über Miniatur-Pedometer aufgezeichnet und über die selektive Bereitstellung drehzahlkontrollierter Laufräder der Einfluss eines zusätzlichen Bewegungsangebot untersucht. Der Zustand des umgebenden Weichgewebes sowie die Vaskularisierung des Tibiaknochens können ebenfalls in Zusammenhang mit der jeweiligen Ausprägung der Osteoporose gebracht werden. Eingebunden in das Forschungsvorhaben sind deshalb verschiedene methodische Ansätze zur Verbesserung der bildlichen Darstellung von Hart- und Weichgewebe mit der µCT. Zur verbesserten Darstellung der Blutgefäßanbindung des Unterschenkelknochens in vivo sowie zur Weichgewebedarstellung an Explantaten wird dazu die Anbindung und Wirkung unterschiedlicher Gewebekontrastmittel analysiert. Für eine zusätzliche Verbesserung der Weichgewebedifferenzierung von µCT-Absorptionsdaten werden unterschiedliche Sinogrammfilter vor der Rekonstruktion angewandt und deren Wirkung auf eine Veränderung des Signal-Rausch-Verhältnisses an Gewebeübergängen mit geringer Röntgenabsorption untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen