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Parkinson-Betroffene haben ungewöhnliche Eisenwerte im Gehirn

25.11.2016

Eine spezielle Methode zur Untersuchung des Gehirns spürt krankhafte Veränderungen auf, die die konventionelle Neurobildgebung nicht erfassen kann

Eisen kommt im menschlichen Körper natürlicherweise vor. Bei Menschen mit Parkinson verteilt es sich jedoch auf ungewöhnliche Weise im Gehirn. Dies zeigt eine Studie des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), die im Fachjournal „Brain“ erschienen ist.


DZNE-Forscher haben in den Gehirnen von Menschen mit Parkinson ungewöhnliche Eisenwerte festgestellt. In einigen Hirnbereichen war der Eisengehalt überhöht, in anderen relativ niedrig. So war beispielsweise in der „Substantia nigra“ - einer wichtigen Hirnregion für die Bewegungskontrolle - die Eisenkonzentration ungewöhnlich hoch. Dies lässt sich an diesen Hirnscans erkennen: Sie zeigen die Substantia nigra bei einem gesunden Studienteilnehmer und einem Parkinson-Betroffenen. Ein starkes QSM-Signal (rot und gelb) weist auf hohe Eisenwerte hin. Bild: DZNE/Julio Acosta-Cabronero

Forscher um Professor Peter Nestor wendeten eine spezielle Form der Magnetresonanztomographie (MRT) an, die es ihnen ermöglichte, die Eisenverteilung im gesamten Gehirn darzustellen – eine solche Untersuchung wurde hier erstmals für die Parkinson-Krankheit durchgeführt. Dieser Ansatz könnte die Diagnose von Parkinson verbessern und neue Erkenntnisse über die Krankheitsmechanismen ermöglichen.

Parkinson ist eine neurodegenerative Erkrankung, die von Bewegungsstörungen geprägt ist und in einem späteren Stadium mit Demenz einhergehen kann. Zu den Krankheitsmerkmalen gehören beschädigte Nervenzellen und die Anwesenheit des Proteins „Alpha-Synuclein”.

Die Krankheitsmechanismen sind allerdings noch weitgehend unverstanden. „Bisher wissen wir nicht, wodurch Parkinson ausgelöst wird. Durch Eisen verursachter oxidativer Stress gilt jedoch als möglicher Krankheitsmechanismus“, sagt Julio Acosta-Cabronero, Postdoc in der Arbeitsgruppe von Peter Nestor am DZNE-Standort Magdeburg und Erst-Autor der aktuellen Veröffentlichung. „Aus diesem Grund haben wir nach Möglichkeiten gesucht, die Eisenverteilung im gesamten Gehirn abzubilden. Bei Parkinson wurde das noch nicht getan. Bisherige Studien beschränkten sich auf bestimmte Hirnregionen.“  

Eisen ist für den menschlichen Stoffwechsel unverzichtbar. Es ist beispielsweise in den roten Blutkörperchen vorhanden, in Enzymen sowie in bestimmten Proteinen, die als Eisenspeicher dienen. Allerdings ist Eisen auch potenziell schädlich, weil es die Entstehung aggressiver Moleküle auslösen kann. Diese können „oxidativen Stress“ verursachen und letztendlich Nervenzellen beschädigen.

Abbildung magnetischer Eigenschaften

Im Rahmen der aktuellen Studie kooperierten die DZNE-Forscher mit Fachkollegen der Universität Magdeburg. Gemeinsam untersuchten sie die Gehirne von 25 Menschen mit Parkinson und 50 gesunden Studienteilnehmern. Zum Einsatz kam dabei ein spezielles MRT-Verfahren: die QSM. Diese Abkürzung steht für den englischen Begriff „quantitative susceptibility mapping“ – im Deutschen wird das Verfahren auch „Quantitative Suszeptibilitätskartierung“ genannt.

Die QSM ist eine relativ neue Entwicklung. Das Verfahren ist ebenso wie die konventionelle MRT nicht-invasiv: Es beruht auf einer Kombination aus Magnetfeldern, elektromagnetischen Wellen und Analysesoftware, um Bilder vom Inneren des Menschen zu erzeugen. Die QSM nutzt jedoch Rohdaten, die bei der konventionellen MRT üblicherweise verworfen werden. Infolgedessen lässt sich mit der QSM ein magnetischer Parameter erfassen, der auf die Anwesenheit von Metallen hinweist. „Die QSM zeigt, wie die magnetische Suszeptibilität innerhalb des Gehirns variiert. In unserer Studie werden diese Veränderungen hauptsächlich von lokalen Unterschieden im Eisengehalt hervorgerufen. Letztendlich bilden wir also die räumliche Verteilung von Eisen im Gehirn ab“, erklärt Acosta-Cabronero.

„Die Untersuchungen neurodegenerativer Erkrankungen mit Hilfe der MRT haben sich bisher vorwiegend darauf konzentriert, den Verfall von Nervenzellen zu erfassen. Über die Ursachen dieser Erkrankungen ist bisher jedoch nur sehr wenig bekannt. Von neuen Verfahren wie der Ganzhirn-Analyse mit QSM erhoffen wir uns Erkenntnisse über die Krankheitsmechanismen“, sagt Peter Nestor.

Indem sie Hirnscans von Menschen mit Parkinson und die gesunder Studienteilnehmer miteinander verglichen, konnten die Wissenschaftler krankhafte Veränderungen identifizieren. „Bei Parkinson-Patienten stellten wir, wie aufgrund vorheriger Studien erwartet, einen erhöhten Eisengehalt in der Substantia nigra fest, aber auch in weiten Bereichen des Neocortex“, erklärt Nestor.

Die herkömmliche MRT konnte im Gegensatz dazu keine wesentlichen Unterschiede zwischen Parkinson-Betroffenen und gesunden Studienteilnehmern feststellen. Darüber hinaus zeigte die QSM Anomalien auch in Hirnbereichen, die in Zusammenhang mit Parkinson bisher wenig beachtet wurden. „Der Nucleus dentatus – eine Region des Kleinhirns – weist normalerweise einen hohen Eisengehalt auf. Unser das gesamte Gehirn umfassende Ansatz zeigte jedoch bei Parkinson-Patienten einen verringerten Eisengehalt in diesem Areal. Bei einigen Betroffenen war der Rückgang extrem. Dies unterstreicht, wie diese Methode neue Möglichkeiten zur Erforschung der Parkinson-Krankheit eröffnen kann“, sagt Nestor.

Mögliche Biomarker

Der Neurowissenschaftler ist überzeugt, dass dieser Ansatz auch für den Klinikalltag geeignet sein könnte: „Die QSM beruht auf Messdaten, die von der herkömmlichen MRT nicht verwendet werden. Die meisten Hirnscanner wären jedoch prinzipiell in der Lage, diese Daten aufzuzeichnen und für die weitere Verarbeitung zu speichern. Insofern könnten Hirnscans, die die magnetische Suszeptibilität des gesamten Gehirns abbilden, möglicherweise als Biomarker für eine Erkrankung dienen. Mit anderen Worten: Die QSM könnte helfen, die Diagnostik von Parkinson und ähnlichen Erkrankungen zu verbessern.“

Originalveröffentlichung
„The whole-brain pattern of magnetic susceptibility perturbations in Parkinson’s disease“, Julio Acosta-Cabronero, Arturo Cardenas-Blanco, Matthew J. Betts, Michaela Butryn, Jose P. Valdes-Herrera, Imke Galazky, Peter J. Nestor, BRAIN, DOI: http://dx.doi.org/10.1093/brain/aww278

Kontakt
Dr. Marcus Neitzert
DZNE, Wissenschaftsredakteur
+49 (0) 228 / 43302-271
marcus.neitzert(at)dzne.de

Vollständige Pressemitteilung:
https://www.dzne.de/ueber-uns/presse/meldungen/2016/pressemitteilung-nr-20.html

Dr. Marcus Neitzert | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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