Untersuchungen experimenteller Theranostikansätze bei Neuroinflammation mittels Ultrahochfeld Magnetresonanz-Methoden

Abstract

Die Überwachung von Therapien wie etwa bei Multipler Sklerose (MS) ist notwendig, um patientenorientierte Behandlungsansätze zu finden. Während Proton (1H) Magnetresonanztomographie (MRT) zur Unterstützung der Diagnose und zur Überwachung des Krankheitszustands verwendet wird, birgt Fluor-19 (19F) MRT das Potential einer nichtinvasiven Methode, um fluorierte Medikamente im Körper zu detektieren und deren Verteilung zu messen. Unter Verwendung von 19F MRT Techniken wurden im Rahmen dieser Arbeit die Substanz spezifischen 19F MR Eigenschaften des MS Medikaments Teriflunomid, sowie anderer fluorierter Substanzen unter verschiedenen Umgebungsbedingungen wie variabler Temperatur, pH und chemischer Umgebung untersucht. In einem Tiermodell der Multiplen Sklerose konnte Teriflunomid schließlich mittels 19F MR Spektroskopie detektiert und die Signalmenge über den Krankheitsverlauf hinweg parallel zu diagnostischer 1H MRT verfolgt werden. Schließlich wurde die Verteilung des Medikaments in Gehirn, Liquor und Blutplasma mittels Massenspektrometrie bestimmt und mit der Signaldetektion aus 19F MR Spektroskopie verglichen. Dass die Signalmenge, die im Sinne entweder kürzerer Messzeiten oder besserer Auflösung mittels Compressed Sensing (CS) erhöht werden kann, konnte ebenfalls gezeigt werden. Die Forschungsarbeiten, die in dieser kumulativen Dissertation beschrieben werden, stellen Schritte hin zu einer Optimierung von 19F MR Methoden dar, die in einer klinischen Anwendung resultieren kann und so eine Bestimmung der Verteilung von Medikamenten und einem therapeutischen Monitoring dienen kann, um MS Therapien auf Patienten zuzuschneiden und die Therapiequalität zu verbessern.

Monitoring therapies for treating pathologies such as multiple sclerosis (MS) is necessary to find patient-oriented treatment approaches. While proton (1H) magnetic resonance imaging (MRI) is used to diagnose and monitor disease conditions such as MS, fluorine-19 (19F) MRI holds the potential of a non-invasive method to detect and quantify fluorinated drugs in the body and thereby study their distribution. Using 19F magnetic resonance (MR) techniques, this work investigated the specific 19F MR properties of the MS drug teriflunomide (TF), as well as other fluorinated compounds under varying environmental conditions such as temperature, pH, and chemical environment. Finally, TF was detected in an animal model of MS by 19F MR spectroscopy (MRS) and the amount of signal was followed over the course of the disease in parallel to anatomical 1H MRI. Finally, the distribution of the drug in brain, cerebrospinal fluid (CSF), and blood plasma was determined by mass spectrometry and compared with signal detection by 19F MRS. That the amount of signal that can be increased in terms of either shorter measurement times or better resolution using compressed sensing was also demonstrated. The research described in this cumulative dissertation represents steps towards an optimization of 19F MR methods that may result in a clinical application and thus a determination of drug distribution and therapeutic mounting to tailor MS therapies to patients and improve therapy quality.