Hirnscan spürt Glückshormon auf

Kernspin-Verfahren kartiert die Konzentration des Neurotransmitters Dopamin – Tierversuche sollen komplexe Hirnfunktionen besser verstehen helfen
 Erste MRI-Aufnahmen der zeitlich veränderlichen Dopaminkonzentration im Rattenhirn
Erste MRI-Aufnahmen der zeitlich veränderlichen Dopaminkonzentration im Rattenhirn
© A. Jasanoff, MIT
Cambridge (USA) - Bei Kopfverletzungen oder Verdacht auf Fehlleistungen im Gehirn gehört eine Kernspin-Untersuchungen heute zum diagnostischen Alltag. Mit der Magnetresonanztomographie lassen sich sogar live Stoffwechselprozesse im Gehirn verfolgen. Einen Schritt weiter geht nun eine interdisziplinäre Forschergruppe am Massachussetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge. Mit speziellen Kontrastmitteln gelang es den Wissenschaftlern, bei Ratten Konzentrationsschwankungen des Neurotransmitters Dopamin sichtbar zu machen. Dieses „Glückshormon“ hat einen großen Einfluss auf Verhalten und Wohlbefinden und spielt auch eine wichtige Rolle bei Suchterkrankungen. Daher 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. Ein Kernspin-Tomograph mit einem starken Magnetfeld von bis zu 9,4 Tesla allein reichte für diese Messungen nicht aus. So spritzten die Forscher den Ratten ein spezielles Kontrastmittel in eine Region des Großhirns, das Striatum. Dieses Protein – BM3h-9D7 – wirkte als Marker für den Neurotransmitter Dopamin. Zudem ließ es sich über das Umklappen der Spins der enthaltenen Wasserstoffkerne bei der Kernspinanalyse detektieren und lieferte so quantitative Daten über die Dopamin-Verteilung.

Bei insgesamt sieben der Nager regten Jasanoff und Kollegen die Dopamin-Ausschüttung gezielt mit winzigen Elektroden im Hypothalamus an. Kurz nach einem Strompuls scannten sie die Rattenhirne in mehreren Ebenen. Aus den detektierten Kernspin-Signalen 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 in Echtzeit nachweisen.

„Nicht nur die Kartierung spezifischer neuronaler Signale, sondern auch das Zusammenspiel verschiedener Komponenten kann zeigen, wie das Gehirn als Ganzes arbeitet“, sagt Jasanoff. Dieses Ziel im Blick plant er zusammen mit seinen Kollegen weitere Experimente in der Hoffnung, die Ortsauflösung dieser funktionellen Magnetresonanztomographie auf ein zehntel Millimeter verbessern zu können. Parallel streben sie an, mit optimierten Kontrastmitteln eine Dopamin-Empfindlichkeit weiter zu erhöhen. Auch die Messung anderer Neurotransmitter wie etwa Serotonin halten sie durchaus für möglich. Gelingen diese ehrgeizigen Schritte, könnten solche Messungen zu einem umfassenderen Verständnis neuronaler Aktivitäten führen. Allerdings werden diese Untersuchungen wegen der verwendeten Kontrastmittel und der gezielten Hirnreizung über Elektroden bis auf Weiteres auf Versuchstiere beschränkt bleiben.

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