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Verknüpfung der mikro- und makroskopischen Welten: Systematische Studie des Wasser-Makromolekül-Austausches als Basis des Ultra-Hochfeld-MRT Phasenkontrastes, CBBS
Finanzierung:
Land (Sachsen-Anhalt) ;
Das Projekt verbindet den mikroskopischen Wasser-Makromolekül (WM)-Austausch mit dem makroskopischen MRT Phasenkontrast, der mit Hilfe des 7-T MRT Systems im menschlichen Hirn entdeckt wurde. Als Grundlage für die weitere Entwicklung wird zunächst der WM-Austausch unter kontrollierten experimentellen Bedingungen mittels hochauflösender NMR-Spektroskopie charakterisiert. Unterschiedliche Makromolekül-Parameter, wie Molekülgröße, Molekulargewicht, Temperatur, pH-Wert, Viskosität, Ionenstärke etc. werden dabei berücksichtigt. Dies wird erweitert auf strukturelle Faktoren (Protein-Bestandteile, ?-Helix und ?-Blatt Bestandteile etc), die eng mit der Proteinkonfirmation verbunden sind. Proteinaufspaltung und 2D/3D NMR-Spektroskopie werden dabei genutzt, um Korrelationen zwischen strukturellen Faktoren und dem WM-Austausch-Effekt zu erforschen.Zur Erweiterung des WM-Austausch-Modells auf in vivo Quantifizierung ist eine qualifizierte Kenntnis der Makromolekül-Bestandteile in Hirn-Gewebe und deren Einfluss auf den Phasenkontrast nötig. Dazu werden systematische Untersuchungen an Gewebe-Extrakten von Mäuse-Hirnen aus unterschiedlichen Regionen (Cortex, Cerebellum, Striatum, Hippocampus, Thalamus, etc) und mit unterschiedlichen Zellbestandteilen, inkl. Zytosol, Myelin, Zellmembran und synaptischer Bestandteile gemacht. Die Makromolekülverteilung wird mit der in vivo Phasenbildgebung in Verbindung gebracht und Magnetisierungstransfer-Studien der gleichen Mäuse sollen quantitative Aussagen des Zusammenhangs möglich machen. Dies wird mit dem EAE Maus-Modell (Experimental Autoimmune Encephalomyelitis) untersucht, um multiple Sklerose (MS) näher zu untersuchen. Ein detailliertes Wissen über den WM-Austausch-Effekt und den in vivo Phasenkontrast aus den Tier-Studien bildet die Grundlage für eine quantitative Phasenbildgebungs-Studie mit MS Patienten.  Das Projekt bearbeitet folgende wissenschaftliche Fragestellungen: i. Wie wechselwirken Makromoleküle mit Wasser?ii. Ist es möglich, dynamische Konfirmationsänderungen von Proteinen mit Hilfe des WM-Austausch-Effektes zu beobachten?iii. Wie lässt sich die in vivo Makromolekülverteilung und deren Beitrag zum WM-Austausch-Effekt in der MRT-Phasenbildgebung bemessen? iv. Wie kann das WM-Austausch-Modell unter Einbeziehung von Makromolekül-Veränderung zur quantitativen Untersuchung von in vivo Pathologien genutzt werden?  Dieses Projekt basiert auf enger Zusammenarbeit zwischen der Abteilung für Biomedizinische Magnetresonanz, dem Institut für Chemie, der Abteilung Neurologie II der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und dem Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN).

Schlagworte

MRI, Phase Contrast, Ultra-High Field, Water Macromolecule Exchange
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