Umfassende Optimierung moderner Magnetresonanztomografieverfahren und Nachbearbeitungstechniken zur Quantifizierung des Glykosaminoglykan-Gehaltes lumbaler Bandscheiben.

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Daniel Abrar; Professor Dr. Timm Filler; Privatdozentin Dr. Anja Müller-Lutz
• Fachliche Zuordnung: Radiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530863408

Rückenschmerzen sind eine sehr häufige Erkrankung und betreffen weltweit mehr als 600 Millionen Patienten. Die Prävalenz in Deutschland war in den letzten 12 Monaten größer als 60 %. Pro Patient fallen jährlich 1300 € an, so dass die sozioökonomische Relevanz als hoch anzusehen ist. Rückenschmerzen gehen oft mit einer degenerativen Veränderung der Bandscheiben einher. Die Bandscheibendegeneration geht wiederum mit Konzentrationsänderungen verschiedener Proteoglykane (PG), wie beispielsweise Aggrekan und Hyaluronsäure einher. Dies führt dazu, dass die Druckbeständigkeit und die biomechanischen Eigenschaften der Bandscheibe beeinflusst werden und zusätzlich die Höhe der Bandscheibe abnimmt. Die quantitative Bildgebung mittels Magnetresonanztomografie (MRT) ermöglicht es, Veränderungen in der Zusammensetzung der Bandscheibenhinsichtlich des PG-Gehalt, zu visualisieren. CEST ist hierbei eine Methode, die es ermöglicht, den chemischen Austausch von Glykosaminoglykanen (GAG) darzustellen und damit den GAG-Gehalt zu quantifizieren. Der GAG-Gehalt korreliert wiederum mit der PG-Konzentration. Die CEST-Bildgebung der Glykosaminoglykane – auch gagCEST genannt – nutzt hierbei Radiofrequenzpulse bei bestimmten Resonanzfrequenzen der Hydroxylprotonen der GAGs. Dadurch wird die Magnetisierung dieser Hydroxylprotonen reduziert. Durch den Prozess des chemischen Austausches wird diese Reduktion auf das Wasserreservoir übertragen, wodurch eine messbare Signalveränderung in den MR-Bildern entsteht. Verglichen mit der Spektroskopie profitiert die gagCEST-Bildgebung von einer höheren Sensitivität. Die Natrium-Bildgebung nutzt ein anderes Prinzip, um den PG-Gehalt zu bestimmen: Die Proteoglykane gehen mit einer negativen festen Ladungsdichte einher, welche die positiven Natriumionen anzieht. Durch Akquisition des Natriumsignals kann daher ein Rückschluss auf die PG-Konzentration gezogen werden. Für die Natriumbildgebung sind spezielle Verstärker und Spulen erforderlich. Durch das im Vergleich zu Wasser niedrigere gyromagnetische Verhältnis sowie der geringeren Häufigkeit wird allerdings ein niedrigeres MR-Signal bei der Bildgebung von Natrium im Vergleich zur Standard-MRT erwartet. Das Ziel dieses Antrags ist es, systematisch und umfassend sowohl die gagCEST- als auch die Natriumbildgebung dahingehend zu optimieren, eine quantitative Beurteilung der Bandscheiben zu ermöglichen. Nach der Validierung im Forschungskontext mittels Simulationen und ex-vivo Bandscheiben soll die Technik auf das klinische Umfeld übertragen werden, so dass eine verbesserte Diagnose in Patienten mit frühen Zeichen der Degeneration erfolgen kann, welche derzeit mit Protonen-basierten Standard-MR-Sequenzen nicht möglich ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Armin Nagel, Ph.D.; Professor Dr. Moritz Zaiss