Neuartige Biomarker, die den Ausbruch der Krankheit zuverlässig erkennen, bevor klinische Symptome auftreten, sind für die Erforschung der Alzheimer-Krankheit (AD) von entscheidender Bedeutung. Eine der frühesten pathologischen Veränderungen bei AD ist der Verlust der Integrität der Blut-Hirn-Schranke (BHS), die mit Hilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) direkt abgebildet und kartiert werden kann. Im Projekt DEBBIE entwickelt das Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS (FME) im Arbeitspaket 1 (AP1) die technischen Voraussetzungen für die MRT-Bildgebung zur Integrität der BHS. Dies erfolgt durch die Entwicklung einer sogenannten MR-Sequenz. Auf Grundlage des sogenannten Arterial Spin Labelling (ASL) wird eine Technik entwickelt, die die Messungen der Integrität der BHS robust gegenüber instrumenteller und physiologischer Variabilität macht, um somit einen nicht-invasiven Biomarker zur frühzeitigen Diagnostik von AD zu erlangen.

Die Parkinson’sche Erkrankung ist eine neurodegenerative Erkrankung des Gehirns, betrifft etwa 1% der Bevölkerung über 60 Jahre und führt zu Bewegungsarmut, Muskelstarre, Muskelzittern und Haltungsinstabilität sowie zu nicht-motorischen Symptomen wie Depression, Angst und Demenz. Die Erkrankung geht auf ein Absterben der Dopamin-produzierenden Nervenzellen in der Substantia nigra, einer Struktur im Mittelhirn zurück und ist nicht heilbar. Neben Krankengymnastik und medikamentöser Therapie wird in fortgeschrittenen Stadien häufig eine Tiefenhirnstimulation (DBS) eingesetzt. Hierbei werden Stimulations-Elektroden in tief gelegene Kerngebiete des Gehirns implantiert und damit die Hirnaktivität und die funktionelle Verschaltung der betroffenen Hirnregionen so moduliert, dass sich die Krankheitssymptome zurückbilden. Wie in einer Pilotstudie gezeigt wurde, kann eine Modulation der Hirnaktivität auch willentlich durch den Patienten selber hervorgerufen werden, indem die Hirnaktivität mittels funktioneller Kernspintomographie (fMRT) gemessen wird und dem Patienten die Annäherung an das gewünschte Muster angezeigt wird ("Neurofeedback"). Ziel des NEURIPIDES Verbundes ist die Entwicklung des fMRT-Neurofeedback als neues Therapieverfahren für die Parkinson’sche Krankheit. Zunächst werden die neuronalen Netzwerke und Hirnregionen identifiziert, die durch die DBS moduliert werden und daher für das Neurofeedback geeignet sind. Danach werden die Verfahren in einer kleinen Gruppe getestet und dann in einer größeren Gruppe von Patienten randomisiert gegen ein scheinbares Feedback als Placebo-Intervention getestet. Das deutsche Teilprojekt hat als Ziel die Bestimmung der Hirnregionen, die mit dem Stimulationsort der DBS (subthalamischer Kern) über Nervenzellfortsätze (Axone) in Verbindung stehen (strukturelle Konnektivität, Traktographie), die Etablierung des Neurofeedback mittels fMRT am Klinikstandort und die Untersuchung von Patienten im Rahmen der randomisierten Studie.

Alzheimer (AD) ist die häufigste Form von Demenz und wahrscheinlich auch die verheerendste in Bezug auf ihre gesellschaftlichen Auswirkungen. Bisherige Behandlungsansätze konnten noch keinen Durchbruch bei der Behandlung von AD erzielen, was auch auf die multifaktorielle Natur der Krankheit zurückgeführt wird. Kürzlich erschienene Studien deuten darauf hin, dass AD durch einen pro-thrombotischen Zustand gekennzeichnet ist. Dies begünstigt die Bildung persistierender Fibringerinnsel, die zur Auslösung und zum Fortschreiten der Krankheit beitragen. Präklinische Studien deuten darauf hin, dass eine Langzeitbehandlung mit dem direkten Thrombininhibitor Dabigatran ein vielversprechender Ansatz für die Behandlung von AD-Patienten sein könnte. Da jedoch der pro-thrombotische Zustand nicht bei 100% der AD-Patienten vorhanden ist, und die Behandlung mit Antikoagulazien auch mit einem Risiko für intrakranielle Blutungen verbunden ist, müssen diejenigen AD-Patienten, die von dieser Art der Behandlung profitieren würden, sorgfältig identifiziert werden. Das Vorhaben zielt darauf ab, einen neuartigen nicht-invasiven bildgebenden Biomarker zu etablieren, um diesen gerinnungsfördernden Zustand bei AD zu identifizieren. Zu diesem Zweck setzt sich das für die Durchführung dieses Projekts versammelte Forschungskonsortium aus Experten für Neurowissenschaften, Biochemie, präklinische Bildgebung, Radiochemie und translationale Forschung zusammen. Alle Gruppen arbeiten an führenden europäischen Institutionen. Es werden molekularbiologische Ansätze in Kombination mit molekularen Bildgebungsinstrumenten verwendet, um eine geeignete Bildgebungssonde zum nicht-invasiven Nachweis der Fibringerinnsel in den Gefäßen, aber auch im AD-Gehirnparenchym zu entwickeln.

Das Dynasti Forschungs-Konsortium widmet sich der Erstellung von patientenspezifischen dynamischen Modellen zur Optimierung der Tiefen Hirnstimulation. Die Vision ist es, die derzeitige Praxis der Auswahl von Stimulationsimpulsbreite, -amplitude und -frequenz nach Trial-and-Error Verfahren durch eine modellbasierte, patientenspezifische Berechnung zu ersetzen. Dies wird erreicht, indem Erkenntnisse aus neuen klinischen Studien in individualisierte mathematische Modelle einfließen, die klinisch relevante DBS-Programmierwerkzeuge untermauern. Um die interdisziplinäre Natur des Optimierungsproblems zu reflektieren, setzt sich das Konsortium aus Neurologen, Elektro- und Steuerungsingenieuren, Informatikern, Bewegungswissenschaftlern und Neurochirurgen aus vier europäischen Ländern zusammen. In diesem Teilprojekt werden aus elektroenzephalographischen Aufzeichnungen berechnete evozierte Potenziale unter tiefer Hirnstimulation mit klinischen Verbesserungsscores und Netzwerkmaßen in Beziehung gesetzt, die aus strukturellen und funktionellen Neurobildgebungsdaten abgeleitet werden. So soll ein dynamisches und räumlich hochauflösendes optimales Konnektivitätsprofil berechnet werden, welches mit maximaler Symptomlinderung bei der Parkinsonerkrankung einhergeht.