Fellow-Klasse 2010/11 Prof. Dr. Marco Essig

Arbeitsvorhaben am Marsilius-Kolleg

Einflussfaktoren von Ernährung, Bildung und Lebensumstände auf das Altern und deren Korrelate in der modernen Neurobildgebung

Im Rahmen des beantragten Fellowship soll die interdisziplinäre Kooperation innerhalb des Projektes "Prosepctives of aging in the process of social and cultural change" weiter ausgebaut und mit den Ergebnisse morphologischer und funktioneller Bildgebungsverfahren ergänzt werden. In diesem Zusammenhang spielt weiterhin die kognitive Leistung und deren Erhalt als wichtige Risiko- und protektive Faktoren auf der individuellen Ebene eine wesentliche Rolle, wobei in dem geplanten Projekt neben den Ergebnissen bildgebender Verfahren auch Lebensumstände und weitere Einflussfaktoren wie Ernährung, Bildung etc. untersucht werden
sollen. Zwischen den Bereich besteht bekanntermaßen eine sehr komplexe Wechselwirkung, da wie frühere Studien u.a. aus der Gerontologie und Psychiatrie Heidelberg zeigen konnten, Faktoren wie Lebensumstände, Bildung, Ernährung und Andere die kognitive Leistungsfähigkeit signifikant beeinflussen.

Erste MR-tomographische Untersuchungen konnten im weiteren aufzeigen, dass diese Einflussfaktoren sich auch in bildmorphologischen und vor allem funktionellen Eigenschaften des Gehirns widerspiegeln.

Morphologische Bildgebungsverfahren auf der Basis der MRT konnten sowohl bei erkrankten Personen, jedoch auch bereits in einem Normalkollektiv wie z. B. der interdisziplinären Längsschnittstudie des Erwachsenenalters (ILSE), nachgewiesen werden. So kommt es im Alter zu bekannten physiologischen Veränderungen, so z.B. zu einer signifikanten Abnahme des Volumens der grauen Hirnsubstanz bei Erhalt der weißen Hirnsubstanz. Über das normale Maß hinausgehende Veränderungen können sensitiv erfasst und quantiziert werden. So konnte unsere Arbeitsgruppe um Schröder und Pantel bereits frühzeitig im Verlauf der Erkrankung aufzeigen, dass die Areale, welche histologisch die ersten Änderungen zeigen in der MR Morphometrie signifikante atrophische Veränderungen aufzeigen. Neuere Arbeiten von Thomann et al, konnten auch Schrumpfungen im olfaktorischen System nachweisen, was sehr gut mit der klinischen Symptomatik der betroffenen Patienten korrelierte.

Weitere Möglichkeiten bieten moderne, sogenannte funktionelle Bildgebungsverfahren, welche neben der reinen morphologischen Beschreibung des Gewebes auch Aussagen über deren Funktionszustand und Integrität erlauben. Diese funktionellen MR-Methoden wurden über die vergangenen Jahre u. a. in der Arbeitsgruppe Neuroimaging am DKFZ entwickelt und für die Quantifizierung der Daten optimiert. Hierbei konnten erste Ergebnisse sehr vielversprechende Aussagen über die Altersabhängigkeit funktioneller Parameter und die Korrelation der kognitiven Leistungsfähigkeit und den Funktionseigenschaften des Gehirns erzielt werden. Beispielhaft genannt seien hier die MR-Perfusionsmessung, welche eine deutliche Reduktion der Perfusion über das Lebensalter aufzeigt und mit welcher eine signikante Reduktion der Hirndurchblutung in einzelnen Arealen bei neurodegenerativen oder dementiellen Erkrankungen aufgezeigt werden konnte. Die Ergebnisse der MR-Perfusionsmessungen korrelierten des Weiteren sehr gut mit den vaskulären Risikofaktoren der betroffenen Personengruppen. Inwieweit die Lebensumstände Einfluss auf die Perfusionseigenschaften des Hirngewebes haben wäre Gegenstand des Projektes.

Eine weitere sehr vielversprechende Methode ist die Diffusions-Tensor-Bildgebung, welche Aussagen über die Integrität und Funktionalität von neuronalen Faserstrukturen erlaubt. Diese Ebenfalls nichtinvasive Technik erlaubt die quantitative Erfassung und Visualisierung von neuronalen Faserstrukturen und deren morhpologische Integrität. In einer ersten Untersuchung konnten wir zeigen, dass bei frühen Vorstadien einer dementiellen Erkrankung die Faserintegrität und somit auch die Funktionalität signifikant im Vergleich zu einem alters-angeglichenem Normalkollektiv verringert sind. So konnte bei Patienten, bei welchen im Verlauf das klinische Stadium der MCI in eine manifeste Demenz sich umwandelte, bereits vor Eintreten einer klinischen Symptomatik Integritätsmuster wie bei der Alzheimerschen Demenz nachgewiesen werden. Mit Hilfe dieser Methode kann somit indirekt aus der Faserstruktur auf deren Funktionalität geschlossen werden.

Ein weiterer Aspekt des geplanten Projektes ist die Fortführung der von Prof. Schröder in seinem Fellowship bearbeiteten Zusammenhangs neurobiologischer Parameter und altersspezifischer Veränderungen mit Erweiterung auf die Bildgebung.
Eine Korrelation dieser morphologischen und funktionell bildgebenden Befunde mit neurobiologischen Auffälligkeiten, wie sie von Herrn Prof. Schröder ausführlich bearbeitet werden, ist bislang noch nicht untersucht worden. Hierbei ist es interessant, die in diesem Kontext vorhanden genetischen Polymorphismen mit den zerebralen morphologischen und funktionellen Veränderungen zu korrelieren, da diese neurobiologischen Veränderungen bereits sehr frühzeitig neurodegenerative Erkrankungen aufzeigen können. Zu untersuchen wäre auch, inwieweit äußere Umstände wie Ernährung, Bildungsniveau, kognitive Reserve oder auch Ernährung mit
diesen Änderungen in den neurobiologischen und Bildgebungsparametern korrelieren. Diese Korrelationen oder Hypothesen könnten z.T. retrospektiv anhand der Daten aus der interdisziplinären Längsschittstudie des Erwachsenenalters (ILSE-Kollektiv), oder prospektiv, z.B. anhand einer geplanten Kohorten-Studie, wie z.B. EPIC-Kohorte oder falls sie realisiert wird, anhand der Helmholtz-Kohorte weiter untersucht werden.

Zusammengefasst kann das beantragte "Fellowship" die interdisziplinäre Kooperation innerhalb des Gesamtprojektes substantiell intensivieren. Die einzusetzenden Methoden können anhand des bereits vorhandenen Datenmaterials aus früheren Studien in interdisziplinärer Zusammenarbeit mit den beteiligten Arbeitsgruppen aufgearbeitet und überprüft werden. Des Weiteren ist geplant in prospektiven Protokollen ebenfalls in interdisziplinärer Zusammenarbeit zwischen Epidemiologie, Psychologie/Neuropsychologie, Psychiatrie, Molekularbiologie die oben beschriebenen radiologischen Methoden einzusetzen.