Kernspin-Verfahren spürt Hormone in Echtzeit auf

In der Medizin gehören Kernspin-Verfahren besonders für die Untersuchung des Gehirns zum diagnostischen Alltag. Mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) gewinnen Neurologen sogar Echtzeitbilder von Stoffwechselprozessen im Gehirn. Diese Methode konnte nun eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe am Massachussetts Institute of Technology in Cambridge verbessern. Es gelang ihnen erstmals, die Konzentration des Neurotransmitters Dopamin im Gehirn lebender Ratten exakt zu bestimmen. Da dieses „Glückshormon“ einen großen Einfluss sowohl auf Verhalten und Wohlbefinden hat als auch eine wichtige Rolle bei Suchterkrankungen spielt, könnten diese Messungen zu neuen Erkenntnissen etwa für die Behandlung von Entzugserscheinungen führen.

„Diese Arbeit zeigt einen neuen Weg, um das Gehirn auf der Ebene fundamentaler molekularer Prozesse zu untersuchen“, sagt Alan Jasanoff vom MIT-Department of Biological Engineering. Um die Dopamin-Konzentration in den Gehirnen der Versuchstiere sichtbar zu machen, injizierte er gemeinsam mit seinen Kollegen ein spezielles Kontrastmittel in eine Region des Großhirns (Striatum). Das darin enthaltene Protein BM3h-9D7 wirkt als Marker für den Neurotransmitter Dopamin. Zudem lässt es sich über das Umklappen der Spins der enthaltenen Wasserstoffkerne mit einem Magnetresonanztomographen mit einem starken Magnetfeld von bis zu 9,4 Tesla nachweisen.

Um die Dopamin-Ausschüttung in den Gehirnen der insgesamt sieben Nagetiere anzuregen, platzierten die Forscher winzige Elektroden im Hypothalamus. Kurz nach einem Strompuls scannten sie das Hirn in mehreren Ebenen. Aus den detektierten Kernspin-Signale konnten so detaillierte Bilder mit einer räumlichen Auflösung von weniger als einem Millimeter gewonnen werden. Änderungen der Dopamin-Konzentrationen in der Größenordnung einiger Mikromol ließen sich so in Echtzeit nachweisen.

Mit weiteren Experimenten erwarten Jasanoff und Kollegen, die Ortsauflösung ihrer funktionellen Magnetresosanztomographie auf ein Zehntel Millimeter verbessern zu können. Parallel streben sie mit optimierten Kontrastmitteln eine Empfindlichkeit von zwei bis fünf Mikromol Dopamin an. Auch eine Erweiterung für die Messung anderer Neurotransmitter wie etwa Seratonin sei durchaus möglich. Damit könnten solche Messungen zu einem besseren Verständnis neuronaler Aktivitäten führen. „Nicht nur die Kartierung spezifischer neuronaler Signale, sondern auch das Zusammenspiel verschiedener Komponenten können zeigen, wie das Gehirn als Ganzes arbeitet“, sagt Jasanoff. Allerdings werden diese Untersuchungen wegen der verwendeten Kontrastmittel und der gezielten Hirnreizung über Elektroden vorerst auf Versuchstiere beschränkt bleiben.

Jan Oliver Löfken

PH