Charakterisierung renaler Oxygenierung mittels MRT Sprungantwortanalyse: Bildgebungsmarker Akuter Nierenschädigung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Kathleen Cantow; Professor Thoralf Niendorf, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547591347

Klinischer Kontext: Die Niere ist ein einzigartiges Organ: Die Durchblutung der Niere bestimmt den renalen Sauerstoffverbrauch und den Funktionszustand der Niere. Die Beziehung zwischen renaler O2-Versorgung und O2-Verbrauch bedingt einen niedrigen O2 Partialdruck im Nierengewebe, so dass dieses immer am Rand von O2-Mangel und Hypoxie wandelt. Gewebehypoxie spielt eine entscheidende Rolle bei der Entstehung einer akuten Nierenschädigung (AKI), einem weltweit immer häufiger auftretenden Krankheitsbild. Heutige klinische AKI-Marker sind unzulänglich. Sie sind unempfindlich für Hypoxie. Zudem spiegeln sie nicht die Komplexität von AKI wider. Bildgebung der Nierenoxygenierung würde einen diagnostischen Durchbruch bedeuten und einzigartige Wege zur Klassifizierung der Nierenoxygenierung als schlecht, extrem gesund oder genau richtig eröffnen. Man stelle sich vor, Ärztinnen und Ärzte nutzen charakteristische Bildgebungsmarker renaler Oxygenierung und können mit diesen im frühestmöglichen Stadium - noch vor dem Eintreten manifester Nierenschädigung - intervenieren. Ziel und Hypothesen: Ziel ist die Charakterisierung renaler Oxygenierung mittels dynamischer MRT während abrupter Änderung der inspiratorischen O2/CO2-Fraktion. Wir stellen die Hypothese auf, dass MRT-Profile der Nierenoxygenierung i) Signaturen der Funktionszustände der Niere, ii) eine klare Unterscheidung zwischen gesunden Nieren und AKI, iii) eine Differenzierung zwischen mittelschwerer und schwerer AKI und iv) eine Übertragung von der Präklinik in die Anwendung am Menschen ermöglichen. Innovationsprung: Störungen renaler Oxygenierung lösen Anpassungsprozesse aus, die entweder das vorherige Gleichgewicht oder ein neues herstellen. Ausmaß, Verlauf und Frequenz dieser Anpassungsprozesse variieren je nach Zustand der Niere. In diesem Kontext entwickeln wir die MRT-Sprungantwort-Analyse mittels schneller MR-Verfahren kombiniert mit Methoden der integrativen Physiologie. Indem wir die Charakteristika der Nierenantwort auf plötzliche markante Veränderungen der inspiratorischen Gasfraktion entschlüsseln, gründen wir ein völlig neues Forschungsfeld. Hierzu werden wir MR-Oximetrie einsetzen und neben der Nierenoxygenierung die Nierengröße, Tubulus- und Blutvolumenfraktionen abbilden, und diese mit Hilfe analytischer Ansätze und maschinellen Lernens auswerten. Transfer in die Klinik: Die nicht-invasive MRT befördert die rasche klinische Anwendung, sodass wir MR-Oximetrie im Tierexperiment mit einer Pilotstudie an gesunden Menschen verbinden. Erwartetes Ergebnis und Perspektive: Die MRT-Sprungantwort-Analyse renaler Oxygenierung liefert charakteristische Signaturen für Nierengesundheit und akute Nierenschädigung. Zudem ermöglicht sie eine klare Unterscheidung zwischen moderater und schwerer AKI. Die Erkenntnisse des Projektes können ein Sprungbrett sein für die Prävention, Diagnostik und Behandlung von Nierenerkrankungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen