Auch am lebenden Hirn entdeckt eine Methode, die mit der Beugung von Röntgenstrahlen arbeitet, die Veränderungen und Ablagerungen im Hirn von Alzheimer-kranken Mäusen

Upton (USA)/Stony Brook (USA) - Ebenso schleichend wie das Verhalten von Alzheimer-Erkrankten verändert sich auch das Gewebe in ihrem Hirn: Feinste Eiweißablagerungen, so genannte Plaques, gehen mit veränderten Hirnfunktionen einher - sind aber mit herkömmlichen Verfahren wie Computertomographie kaum zu erkennen. Jetzt zeigten US-Forscher, dass durch Beugungseffekte verbesserte Röntgenbilder die nur Mikrometer großen Ablagerungen sichtbar machen kann. Die so genannte DEI-Technik unterscheidet die Plaques von Blutgefäßen, Knorpel oder anderem Gewebe. Erstmals gelang dies auch am intakten, nicht aufgeschnittenen Hirn, wenngleich erst bei Mäusen. Die Forscher berichten die Details im Fachblatt "NeuroImage". Sie erwarten, dass ihre Methode eines Tages auch die frühzeitige Diagnose von Alzheimer-Erkrankungen möglich machen wird. Da die notwendige Strahlung bisher noch von einem Teilchenbeschleuniger kommt, sind allerdings einige Weiterentwicklungen der Technik bis zum Einsatz im Ortskrankenhaus notwendig. Eine Spin-Off-Firma namens NextRay arbeitet daran.

"Unsere Technik liefert ein dreidimensionales Datenset, eine Landkarte der Dichteveränderungen", erklärt Dean Connor von der University of North Carolina, "Zwar liefert DEI nicht die räumliche Auflösung von normalen Röntgenbildern, aber es erzeugt deutlich mehr Kontrast zwischen Merkmalen weichen Gewebes. Das macht feinere Weichgewebe-Eigenschaften sichtbar". Connor, vor kurzem noch am Brookhaven National Laboratory, und seine Kollegen der State University of New York (SUNY), Stony Brook, wandten die DEI-Technik bei Mäusehirnen an. Zwar existiert die Methode schon seit 1995 und wurde 2006 von japanischen Forschern bereits erfolgreich für das Aufspüren von Alzheimer-Plaques genutzt, allerdings nur an aufgeschnittenen dünnen Hirnscheiben.

"Das DEI-Verfahren, eine Phasenkontrast-Röntgentechnik, bietet größeren Kontrast bei Weichgewebe als herkömmliche Radiographie und erzeugt Bilder mit höherer Auflösung als Magnetresonanz-Mikrobildgebung", schreiben die Autoren. Sie wollten beweisen, dass die Methode die feinen Eiweißablagerungen auch in vollständigen, dreidimensionalen Hirnen von Alzheimer-kranken Mäusen aufspüren kann. Ihre Bilder zeigten tatsächlich kleine Ansammlungen im Cortex und Hippocampus des Hirns. Später zeigte der histologische Befund, die mikroskopische Untersuchung der in feine Scheiben geschnittenen Gewebeproben, dass es sich tatsächlich um die charakteristischen Plaques aus Beta-Amyloid-Eiweißen handelte.

Nur 5 bis 200 Mikrometer, also Tausendstel Millimeter klein sind die Details die die DEI-Technik (diffraction enhanced imaging) sichtbar machen kann. Connor und Kollegen spürten Beta-Amyloid-Plaques mit einem Durchmesser kleiner als 30 Mikrometer auf, deren Dichte sich von dem des umgebenden Hirngewebes gerade mal um 2 Prozent unterschied. Sowohl in punkto Dichte als auch in der Größe bestätigte die Histologie später die Funde. Theoretisch kann DEI auch eine Auflösung von bis zu 2 Mikrometer liefern, allerdings würde die dazu notwendige Röntgenintensität die für einen Patienten sichere Dosis überschreiten.

Das DEI-Gerät nutzt den monochromatischen, fein gebündelten Röntgenstrahl der National Synchrotron Light Source (NSLS) in Brookhaven. Der Strahl des Teilchenbeschleunigers durchläuft die Probe und wird dabei, je nach Eigenschaften des Gewebes, in unterschiedlichsten Winkeln gestreut und reflektiert. Ein Analyse-Kristall mit sehr schmalem Reflektivitätsprofil verstärkt die Unterschiede. Er erzeugt höchste Reflektivität für jene Strahlen, die unbeeinträchtigt die Probe durchlaufen, während sie bei Abweichungen von nur wenigen Mikroradians auf beinahe Null abfällt. Umgewandelt in Intensitätsveränderungen, werden die Werte einem Detektorfeld aufgezeichnet. Das 3D-Bild entsteht durch Wiederholung des Prozesses über ein ganzes Spektrum von Einfallswinkeln.