Characterisation and in vivo validation of contrast agents by means of magnetic resonance imaging

Abstract

Die Magnetresonanztomographie (MRT) gilt als eine der führenden Techniken für die biomedizinische Forschung und die klinische Diagnostik. Trotzdem sind weitere Entwicklungen erforderlich, um es zu ermöglichen, pathophysiologische Prozesse besser zu erkennen und zu beobachten. Ebenso wichtig ist die Entwicklung eines neuen Ansatzes zur direkten Überwachung der neuronalen Aktivität, da das zur Zeit meistgenutzte Verfahren, das Signaländerungen aufgrund von Variationen im Sauerstoffgehalt des Blutes misst, die tatsächliche Aktivität nur indirekt aufzeichnet. Ein anderer Ansatz, der auf der Anwendung von responsiven MR Kontrastmitteln (rKM) beruht, hat das Potenzial, deutliche Fortschritte bei der Bewältigung dieser Probleme zu erzielen. Das Hauptziel meines Projektes war die Entwicklung neuer in vivo experimenteller Verfahren, die eine direkte Überwachung der neuronalen Aktivität und pathophysiologischer Prozesse ermöglichen sollen. Dazu wurde das Potenzial der rKM eingesetzt, insbesondere derjenigen, die die Verfolgung wesentlicher Biomarker erlauben. In Anwesenheit von rkM wurden verschiedene Stimulationen angewendet, durch die die Homöostase des beobachteten Biomarkers gestört wurde. Dadurch wurde die Messung und Quantifizierung der rKM mit Hilfe von MRTBildgebungsprotokollen möglich. Als wichtigste entwickelte Anwendung wurde eine Methode zum [Ca2+] Tracking etabliert, die für Echtzeit-Detektion und -Überwachung von zerebraler Ischämie genutzt werden kann. Ein solcher Ansatz könnte entscheidende Informationen für die effektive Reaktion auf diese Krankheit bringen, die eine der häufigsten Ursachen für Hirnschäden ist. In einem weiteren Projekt wurden neue Methoden für die konzentrationsunabhängige Abbildung des pH-Wertes, einem wichtigen Biomarker für die klinische Diagnose und Therapieüberwachung von Tumoren, entwickelt. Weiterhin wurden die Vorteile eines neuentwickelten Bildgebungs-Protokolls genutzt, um einen hohen Signalkontrast zwischen Proben von rKM mit unterschiedlichen [Ca2+] erreicht. Zuletzt wurden die Vorteile eines MRI-Kontrastmittel, das wahlweise durch Änderung der T1-Wichtung, des CEST-Effekts oder des 19F-Signals verwendet werden kann, gezeigt. Die Ergebnisse dieser Arbeit demonstrieren das große Potenzial von rKM für ein tieferes Verständnis zahlreicher biologischer Prozesse durch die Verfolgung spezieller Biomarker. Dieses Projekt zeigt eindrucksvoll ihre Bedeutung in der Entwicklung von neuartigen in vivo experimentellen Verfahren für weitere Anwendungen, insbesondere für die direkte Echtzeitüberwachung der neuronalen Aktivität sowie anderer pathophysiologischer Prozesse im Gehirn.