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Medizinisch-optische Bildgebung

Arbeitsgruppe 8.31

Nahinfrarotspektroskopie für die Beurteilung der Hämodynamik und Oxygenierung der Niere

Verbundprojekt renalMROXY

   Validierung quantitativer Magnetresonanz Oxymetrie für Diagnostik und Therapieführung
   akuter und chronischer Nierenerkrankungen

Förderung
   Bundesministerium für Bildung und Forschung (FKZ 03VP00083)
   01/2016 – 12/2018

Partner

  • Prof. Thoralf Niendorf (Koordinator), Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC), Berlin
  • Dr. Erdmann Seeliger, Institut für Vegetative Physiologie, Center for Cardiovascular Research, Charité Universitätsmedizin Berlin
Relative Änderung der totalen Hämoglobinkonzentration (links) und der Sauerstoffsättigung (rechts) in der Niere von Kleintieren bei einer dreiminütigen Unterbrechung des arteriellen Zuflusses (art. occl. - rot) oder des venösen Abflusses (ven. occl. - blau). Die Messung erfolgte mittels NIR-Spektroskopie.

Verminderte Durchblutung und Sauerstoffmangel spielen eine Schlüsselrolle für akute Nierenschädigungen und deren Fortschreiten zum chronischen Nierenversagen. Um die pathophysiologischen Ursachen für diese Erkrankungen besser zu verstehen, sind grundlegende Untersuchungen zur Hämodynamik und Oxygenierung der Niere in Tiermodellen von besonderer Bedeutung.

Im Verbundprojekt renalMROXY des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin, der Charité und der PTB wird ein tierexperimenteller Demonstrator entwickelt, der erstmals simultane Messungen an der Niere von Kleintieren mittels parametrischer Magnetresonanz-Tomographie (MRT), quantitativen Verfahren der integrativen Physiologie (PHYSIOL) und der quantitativen Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) ermöglicht. Dieser Demonstrator wird für verschiedene Untersuchungen zur Nierenphysiologie eingesetzt, um den Zusammenhang zwischen den Informationen aus der MRT-Bildgebung und den tatsächlich in der Niere vorliegenden Bedingungen zu Perfusion und Oxygenierung zu bestimmen und für eine Kalibrierung der MRT-Bildgebung zu verwenden.

Im Projekt wird ein von der PTB-Arbeitsgruppe entwickeltes Messverfahren für die Nahinfrarotspektroskopie von Gewebe zum Einsatz kommen, mit dem die Hämoglobin-Konzentration und die Sauerstoffsättigung des Blutes in der Niere von Kleintiermodellen gemessen werden können (s. Abb. oben). In Kooperation mit dem Projektpartner Charité wurde dieses Messverfahren mit einem invasiven Ultraschall-Laufzeitdifferenz-Verfahren und einem Laser-Doppler-Verfahren zur Messung der Durchblutung sowie einem invasiven Verfahren zur Bestimmung des Sauerstoffpartialdrucks im Gewebe kombiniert. Erste Untersuchungen an Kleintiermodellen haben gezeigt, dass die Kombination dieser Verfahren eine umfassende quantitative Beschreibung der Hämodynamik und der Oxygenierung der Niere ermöglicht.

Publikationen

D. Grosenick, K. Cantow, K. Arakelyan, H. Wabnitz, B. Flemming, A. Skalweit, M. Ladwig, R. Macdonald, T. Niendorf, and E. Seeliger, “Detailing renal hemodynamics and oxygenation in rats by a combined near-infrared spectroscopy and invasive probe approach,” Biomed. Opt. Express 6(2), 309–323 (2015) [doi:Opens external link in new window10.1364/BOE.6.000309].

T. Niendorf, A. Pohlmann, K. Arakelyan, B. Flemming, K. Cantow, J. Hentschel, D. Grosenick, M. Ladwig, H. Reimann, S. Klix, S. Waiczies, and E. Seeliger, “How bold is blood oxygenation level-dependent (BOLD) magnetic resonance imaging of the kidney? Opportunities, challenges and future directions,” Acta Physiol. (Oxf). 213(1), 19–38 (2015) [doi:Opens external link in new window10.1111/apha.12393].