Der Zusammenhang zwischen schichtspezifischen quantitativen MRT bei 7T und Histologie, Genexpression und Konnektomik

In diesem Projekt untersuchen wir den Zusammenhang zwischen schichtspezifischer quantitativer Magnetresonanztomografie (qMRT) und zellulärer Zusammensetzung in der Hirnrinde, Genexpressionsmustern und Faserverbindungen in der weißen Substanz, um neuartige Biomarker für eine anatomisch präzise Beschreibung des Verlaufs neurodegenerativer Erkrankungen zu entwickeln.

Die menschliche Großhirnrinde besteht aus verschiedenen kortikalen Schichten, die anhand ihrer Zellzusammensetzung bestimmt werden können und die bei neurodegenerativen Krankheiten selektiv betroffen sind. Hochauflösende In-vivo-Histologie mittels qMRI-Messungen bei ultrahoher Feldstärke (UHF) kann schichtspezifische Maße liefern, die in direktem Zusammenhang mit dieser Zellzusammensetzung stehen. Solche Maße bieten die einzigartige Chance, mechanistische Einblicke in die schichtspezifische neuronale Verarbeitung zu gewinnen und dadurch den Weg für Biomarker neurodegenerativer Erkrankungen wie der Huntington-Krankheit zu ebnen, die eine schichtselektive Verwundbarkeit aufweisen. Eine umfassende Validierung der MR-basierten In-vivo-Histologie und die Charakterisierung ihrer funktionellen Relevanz wurden bisher jedoch noch nicht geleistet.

Multiparametrische Karten (MPMs) beinhalten qMRT-Parameter der effektiven transversalen Relaxationsrate (R2 *), die sowohl für Myelin und Eisen empfindlich ist, als auch der longitudinalen Relaxationsrate (R1), die hauptsächlich für Myelin und in geringerem Maße für Eisen empfindlich ist. Die Abbildung oben gibt einen Überblick über das Projekt: wir vergleichen die kortikale Schichtspezifität für R1 und R2* mit postmortalen Histologiedaten aus den von Economo und Big Brain Atlanten und der Konnektomik aus den Diffusions-MRT-Daten und untersuchen außerdem die Beziehung zwischen R1 und R2* und schichtspezifischer Genexpression und Huntington-Genen aus dem Allen Human Brain Atlas.

Wir können zeigen, dass die R2*-Werte in den unterschiedlichen kortikale Tiefen stark mit schichtspezifischen Zellzahlen, Zellfärbungsintensität und Genexpression korrelieren. Darüber hinaus können wir einen signifikante Zusammenhang zwischen kortiko-striatalen und intra-hemisphärischen Verbindungen der weißen Substanz aus der Diffusionstraktographie und qMRT-Maßen in den unterschiedlichen kortikalen Tiefen nachweisen.

Diese Ergebnisse stellen einen wichtigen Schritt in der Entwicklung von UHF-qMRT für die In-vivo-Histologie dar und zeigen das Potenzial, welches die Kombination von 7T-MPMs mit Zellarchitektur, Genexpression und Verbindungen der weißen Substanz bietet, um einen anatomisch präzisen Rahmen für die Untersuchung der schichtspezifischen neuronalen Verarbeitung zu entwickeln.

Weitere interessante Beiträge

Zur Redakteursansicht