Nicht-invasive Diagnostik und Therapiemonitierung von Augenerkrankungen mittels diffusionsgewichteter, Natrium- und Chlor- MRT (ocularMRBIOPSY)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Ebba Beller; Professor Thoralf Niendorf, Ph.D.; Professor Oliver Stachs, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517901233

Natrium (23Na) und Chlor (35Cl) gelten als essentielle chemische Elemente für zahlreiche physiologische Prozesse im Auge, wie die Kontinuanz von Glaskörper und Kammerwasser, die spezifische Charakteristik der Netzhaut sowie die Funktionalität des Sehnervs. Eine ortsspezifische in vivo Bestimmung des Chlorid- und Natriumgehalts stellt eine große Herausforderung dar, potenziert durch die geringe Größe des Auges und der Anforderung an die räumliche Auflösung.Einen hilfreichen diagnostischen Marker kann die intrinsische nicht-invasive Bildgebung liefern durch Information über die verschiedenen Stadien der Pathophysiologie, Vorhersagen zum Krankheitsverlauf und Progress sowie die Überwachung von Behandlungserfolgen. Unser Forschungsvorhaben soll hier ansetzen und Methoden einer Magnetresonanztomographie (MRT)-basierten virtuellen Biopsie entwickeln. Wissenschaftliche Zielstellung ist die Untersuchung der Wasserdiffusion und die Bestimmung des 23Na– und 35Cl-gehalts des Auges in vivo. Es gilt die Hypothese zu testen, dass in vivo durchgeführte diffusionsgewichtete, 23Na– und 35Cl-MRT des Auges die nicht-invasive Diagnostik und Therapiemonitoring des Aderhautmelanoms und des Glaukoms erhöhen kann. Dazu werden neuartige MR-Hardware, HF-Spulentechnologien und beschleunigte Bildgebungstechniken entwickelt und implementiert für hochaufgelöste morphologische, diffusionsgewichtete, 35Cl- und 23Na-MRT des Auges bei 7,0 Tesla in vivo. Um Bewegungsartifakten, bedingt durch Augenbewegungen zu begegnen, werden Methoden der Echtzeit-Bewegungsverfolgung und -kompensation entwickelt und implementiert. Für die Eliminierung von suszeptibilitätsbedingten T2*-Verkürzungen wird zur Verbesserung der Magnetfeldhomogenität in der Zielregion ein B0-Shimming Ansatz mittels lokaler Shimspulen implementiert. Diese Technologien werden in Phantomstudien validiert um in der Translation erstmals in einer Machbarkeitsstudie an gesunden Probanden als Vorstufe klinischer Studien in vivo eingesetzt zu werden. Für den zielgerichteten Transfer in die klinische Anwendung werden Pilotstudien in zwei Patientenkohorten durchgeführt: Patienten mit Aderhautmelanom, die mittels Brachytherapie behandelt werden und Patienten mit Glaukom. Diese Studien sind essentielle Gradmesser für das Erreichen des Projektziels - nicht-invasive bildgebende Biomarker für ophthalmologische Erkrankungen auf der Basis von in vivo diffusionsgewichteter, 35Cl- und 23Na-MRT. Die Ergebnisse dieses Projektes sollen neuartige Ansätze für die Durchführung von MR-basierten "virtuellen Biopsien" liefern, mit deren Hilfe das Verständnis (patho)physiologischer Mechanismen im Auge verbessert, bildgebende Biomarker zur Diagnosestellung erstellt und Therapien begleitend überwacht werden können. Das Projekt soll die Grundlagen für ophthalmologische MRT-Anwendungen der nächsten Generation schaffen, welche auf X-Kern-basierten MR-Biomarkern beruhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen