Korrekturstrategien für die Zusammensetzung von Gewebevoxeln in der Einzelvoxel-MRS: Anwendung bei der Quantifizierung des neurochemischen Profils des menschlichen Putamens
Ana Gogishvili, Ezequiel Farrher, Christopher E. J. Doppler, Aline Seger, Michael Sommerauer, and N. Jon Shah
2 Juni 2023
Das Hauptziel der Studie war die Quantifizierung des Stoffwechselprofils des menschlichen Putamens in vivo in einer Kohorte älterer Menschen. Das Putamen wurde aufgrund seiner zentralen Rolle in der Pathophysiologie der Parkinson-Krankheit ausgewählt. Mit Hilfe der Protonenmagnetresonanzspektroskopie (MRS) an einem einzigen Voxel gelang dem Team die Quantifizierung der für das Putamen spezifischen Metaboliten-Konzentrationen unter Verwendung einer Korrekturmethode, die zuvor vorgeschlagen wurde, um die Gewebezusammensetzung innerhalb des interessierenden Volumens zu berücksichtigen. Außerdem wurde ein Vergleich mit dem konventionellen Ansatz durchgeführt, der von gleichen Konzentrationen in der grauen Substanz (GM) und der weißen Substanz (WM) ausgeht. Zur Validierung wurden die Stoffwechselprofile bei zwei Magnetfeldstärken, nämlich 3 Tesla (T) und 7 T, quantifiziert.
Im Rahmen der Studie wurden die Spektren von 15 Probanden mit einem Durchschnittsalter von 67,7 ± 8,3 Jahren bei 3 T und 7 T MRT aufgenommen. Die Spektren wurden mit einer Sequenz mit ultrakurzer Echolaufzeit und stimuliertem Echo (STEAM) aufgenommen. Um das Verhältnis der Metabolitenkonzentration zwischen weißer Substanz (WM) und grauer Substanz (GM) zuverlässig schätzen zu können, wurden fünf weitere Probanden einbezogen, wobei das MRS-Voxel absichtlich vom Putamen verschoben wurde, um einen breiteren Bereich der umgebenden WM zu erfassen.
Die Konzentrationen und das Verhältnis von WM- zu GM-Konzentrationen für 16 Metaboliten wurden zuverlässig bestimmt. Insbesondere reichten die Verhältnisse von etwa 0,3 für γ-Aminobuttersäure bis etwa 4 für N-Acetylaspartylglutamat. Darüber hinaus zeigte die untersuchte Korrekturmethode im Vergleich zur konventionellen Methode signifikante Veränderungen der Konzentrationen, wenn das Verhältnis deutlich von der Einheit abwich. Die Forschung zeigte auch, dass die Unterschiede in der Zusammensetzung der Gewebevoxel allein die beobachteten Konzentrationsunterschiede zwischen den 3-T- und 7-T-MRT-Scannern nicht vollständig erklären können.
Diese Ergebnisse ebnen den Weg für weitere Forschungen und eröffnen neue Möglichkeiten zur präzisen und genauen Erforschung des Stoffwechsels im Putamen und folglich seiner Rolle im Zusammenhang mit dem Altern und neurodegenerativen Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit. Die aus dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse bilden eine solide Grundlage für künftige Untersuchungen, die darauf abzielen, die Komplexität des Putamens und seine Rolle beim Fortschreiten der Krankheit zu ergründen, was letztlich zu verbesserten diagnostischen und therapeutischen Strategien führen wird.
