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Radiologie 6. September 2006

Direkter Einblick in den Stoffwechsel

Die Magnetresonanz(MR)-Methodik als sich rasant entwickelndes Gebiet kann anatomische und physiologische Informationen simultan mit hoher räumlicher Auflösung akquirieren. Mit der MR-Spektroskopie können beispielsweise metabolische Bilder rekonstruiert werden.

Die molekulare Bildgebung mittels MR verwendet zielgerichtete Kontrastmittel, die mit einem Antikörper an die „abzubildenden“ Moleküle gebunden werden und danach das Wasser-Protonen-Signal in der Umgebung dieses Moleküls beeinflussen. In der MR-Spektroskopie (MRS) werden mittels spezieller Messtechniken Metaboliten detektiert, aus denen z.B. metabolische Bilder rekonstruiert werden können (Abb. 1). Diese Verteilung erlaubt einen direkten Einblick in den Stoffwechsel. Die MRS arbeitet mit verschiedenen Kernen (1H, 31P, 13C), die jeweils andere, im MR sichtbare Metaboliten darstellen können. In der 1H- bzw. Protonen-Spektroskopie können im menschlichen Gehirn z.B. Metaboliten wie N-Acetyl-Aspartat (NAA), Kreatin (Cr) und Cholin (Cho) dargestellt werden. Im Rahmen einer Kooperation des Autors mit der Kopfklinik Erlangen konnte gezeigt werden, dass durch hochaufgelöste MRS Grad II- und Grad III-Gliomas differenziert werden können, die in der herkömmlichen (morphologischen) Bildgebung nicht unterscheidbar sind (Radiology 238:958-969, 2006). Weiters konnte gezeigt werden, dass mittels der Spektroskopie die Ausdehnung der Tumore (Definition der Randgrenzen) besser definiert werden konnte als mit der morphologischen Bildgebung (Abb. 2; NeuroImage 23:454-461, 2006). Im Rahmen einer Studie an der Radiodiagnostik wird die dreidimensionale Protonen-Spektroskopie als Diagnosetool für Veränderungen in der Prostata evaluiert. In der Prostata kann der Metabolit Zitrat detektiert werden. Mittels Verhältnisbildgebung lässt sich dann errechnen, ob in der morphologischen Bildgebung sichtbare unspezifische Signalveränderungen gutartig oder bösartig sind. Ziel dieser Studie ist es, ein verlässliches Instrument zu gewinnen, das in Kombination mit anderen Verfahren, z.B. dynamischer MR-Bildgebung, zuverlässige Diagnosen zu stellen vermag. Dadurch kann dem Patienten die Biopsie erspart werden.

Beispiel Diabetesforschung

Ein weiteres aktuelles Beispiel ist die Diabetesforschung. Hier werden neben der Protonen-Spektroskopie auch Metaboliten evaluiert, die mittels 13C- oder 31P-Spektroskopie sichtbar sind. Dadurch ist es möglich, nicht-invasiv nicht nur die Verteilung von Stoffwechselprodukten zwischen Intra- und Extrazellulärraum zu bestimmen, sondern auch Metabolitenfluxe unter verschiedenen Stoffwechselbedingungen zu errechnen. Beispielsweise konnten mittels dieser Methodik Defekte des Transportes von Glukose aus dem Blut in die Muskelzelle und/oder der Glukosephosphorylierung sowie der Glykogenspeicherung als limitierende Faktoren der Insulinresistenz nachgewiesen werden (J Clin Invest 89:1069-1075, 1992). Die Spektroskopie ist durch ihre vergleichsweise schlechte Empfindlichkeit in der Auflösung limitiert. In der 1H-MRS wurden bzw. werden Auflösungen von einem oder mehr Zentimeter verwendet. Durch MR-Geräte mit höheren Feldstärken konnte die Empfindlichkeit und damit die räumliche Auflösung gesteigert werden. So konnte von dem Autor dieses Artikels gezeigt werden, daß mittels 3D-MRS mit einer herkömmlichen Kopfspule bei 3 Tesla räumliche Auflösungen im menschlichen Gehirn zwischen 0,1 und 0,5 cm3 erreicht werden können (Magn. Reson. Med.: 299-306, 2003). In naher Zukunft wird an der Medizinischen Universität Wien (Exzellenzzentrum für Hochfeld-MR) ein Ganzkörper 7 Tesla MR-Gerät installiert, wodurch in den nächsten Jahren eine weitere Verbesserung im Bereich der Spek­troskopie im Zusammenhang mit räumlicher/zeitlicher Auflösung zu erwarten ist. Angesichts der rasanten technischen Entwicklung kehrt die Spektroskopie in die klinische Forschung und auch in die klinische Diagnose zurück bzw. etabliert sich als zukunftsträchtiges Tool.

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Abb. 1: Zeigt links zwei übereinanderliegende MR-Bilder mit eingezeichnetem Mess- volumen für die (3D-)MRS. Rechts ist die Verteilung des Metaboliten N-Acetyl-Aspartat (NAA) dargestellt. Die Intensität entspricht der Fläche (und somit der Stoffmenge) des so genannten Metabolitensignals im jeweiligen Volumen (vgl. NAA-Signal in Abb. 2 B).

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Abb. 2: Zeigt ein MRI eines Patienten mit Gliomablastom (A) und dazugehörige Spektren (B, C, D). Das Spektrum aus dem Tumor (D) zeigt stark erhöhtes Cho-Signal, während das NAA-Signal nicht mehr detektierbar ist. Im Tumorrandbereich (C) ist das Cho-Signal moderat erhöht und das NAA-Signal erniedrigt. Zum Vergleich ist ein Spektrum aus dem gesunden Bereich dargestellt (B). Die Daten wurden von Dr. Andreas Stadlbauer am Landesklinikum St. Pölten bei 3 Tesla aufgenommen und freundlicherweise für diesen Artikel zur Verfügung gestellt.

Dr. Stephan Gruber, Universitätsklinik für Radiodiagnostik, Medizinische Universität Wien, eMail:

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