Inflammatorische Aktivität
Inflammation ist ein wesentlicher Aspekt der Läsionsentwicklung. Wir haben daher ein nicht-invasives Bildgebungsprotokoll zum Monitoring der inflammatorischen Makrophagen-Aktivität etabliert. Dabei nehmen Makrophagen in der Blutbahn systemisch applizierte MRI-Kontrastmittel auf (so genannte ultrasmall iron oxide nanoparticles; USPIOs), so dass diese Zellen selektiv für einen T2*-gewichteten MRI-Kontrast markiert werden.
- Inflammationsrandzone des Schlaganfalls auf T2*-gewichteten Bildern. Im koronalen Bild (links) ist die Läsion eingerahmt von einem schwarzen Saum. Dabei handelt es sich um mit Eisenoxid-Nanopartikeln markierten Makrophagen. Rechts ein Horizontalschnitt (siehe Markierung links), der die Makrophagen-Akkumulation vom Läsionsrand her ringförmig dokumentiert.
Die frühe Inflammationsphase nach Schlaganfall
24 Stunden nach Aufnahme der Kontrastmittel akkumulieren markierte Makrophagen in der ischämischen Randzone. Diese MRI-Befunde konnten bestätigt werden durch histologische Preussisch-Blau-Färbung zur Eisendarstellung (USPIOs!) und durch immunhistochemische ED1-Antikörper-Färbung, die für Makrophagendarstellung spezifisch ist.
Mit diesem Vorgehen haben wir die frühe inflammatorische Phase innerhalb der ersten Woche nach Schlaganfall beschrieben.
- Verschiedene MR-Bilder eines Rattenhirns, 2 bzw. 10 Wochen nach Schlaganfall. Während auf den quantitativen T1- und T2-maps die Läsion nach 10 Wochen nicht mehr erkennbar ist, entwickelt sich auf den T2*-gewichteten Bildern im ischämischen Territorium aus einem diskreten Gefäß (Pfeil) eine diffuse, hypointense Region, die eisenhaltige Makrophagen rund um das lecke Gefäß reflektiert.
Die chronische Inflammationsphase nach Schlaganfall
Eine weitere Studie wurde der chronischen Inflammationsphase über zehn Wochen gewidmet. Nach dieser Zeit konnten wir auf T2*-gewichteten MR-Bildern hypointense, deutlich demarkierte Regionen innerhalb der Läsion erkennen, die während der ersten zwei Wochen nicht zu beobachten waren. Diese Änderungen waren mit T2-gewichteten Aufnahmen nicht detektierbar und deshalb bisher in der Literatur nicht beschrieben.
Aus immunhistochemischen Analysen ergab sich eindeutig, dass die hypointensen Regionen durch eisenhaltige Makrophagen rund um Gefäße entstanden. Es muss sich somit um eine verzögerte Gefäß-Degradation als Konsequenz des primären ischämischen Schadens handeln. Diese Gefäß-Degradation ist darstellbar durch die Aktivität von Makrophagen in ihrer direkten Nachbarschaft. Die Makrophagen phagozytieren die durch lecke Gefäße ins Parenchym austretenden Erythrozyten.
Neue Möglichkeiten für die Molekulare Bildgebung
Über die Bedeutung dieses neuen pathophysiologischen Zusammenhangs hinaus hat unsere Beobachtung auch wichtige Konsequenzen für die
Molekulare Bildgebung: Einerseits können Makrophagen als molekulare Bildgebungsreporter verzögerter Gefäß-Degradation eingesetzt werden. Andererseits induzieren die eisenhaltigen Makrophagen einen T2*-gewichteten MRI-Kontrast, der schwer von dem Kontrast markierter, migrierender Stammzellen im ischämischen Gebiet zu unterscheiden ist. Aufgrund der unterschiedlichen Zeitprofile ist diese Zweideutigkeit jedoch unproblematisch: Stammzell-Migration findet innerhalb der ersten Wochen nach Schlaganfall statt; zu einem Zeitpunkt also, zu dem noch keine Erythrozyten-markierten Makrophagen auftreten.
Die Forschungsschwerpunkte
im Einzelnen:
fMRI-Untersuchungen nach zerebralen Läsionen
MRI-Monitoring der Stammzell-Dynamik
Jüngste Forschungsaktivitäten:
- In-vivo-Beschreibung des funktionellen Zellstatus
- Funktionelle Hirnaktivation nach Schlaganfall
- Neue Therapieansätze in der Neuroonkologie