Optisch-akustische Bildgebung hilft bei der Behandlung von spinaler Muskelatrophie

Spinale Muskelatrophie (SMA) ist eine schwere Erkrankung, bei der eine genetische Mutation zur Degeneration bestimmter Nerven führt, die für die Signalübertragung an die Muskeln zuständig sind. Dies führt zu Muskelschwund, und viele Patienten sterben an dieser seltenen Krankheit einen qualvollen Tod. Genetische Behandlungen sind erst seit wenigen Jahren verfügbar.

Nun hat ein Team um Emmanuel Nedoschill, Ferdinand Knieling und Adrian Regensburger von der Arbeitsgruppe Translationale Pädiatrie der Klinik für Kinder- und Jugendmedizin des Universitätsklinikums Erlangen ein ausgeklügeltes Verfahren entwickelt, das in Kombination mit diesen Behandlungen vielversprechende Ergebnisse zeigt: Kurze Laserpulse erzeugen Schallwellen, die dann Bilder des Muskelgewebes liefern.

Sie veröffentlichten einen Artikel über ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Med.

„Diese Methode ähnelt den Ultraschalluntersuchungen, die es schon lange gibt“, erklärt Nedoshiel. „Ein Scan von außen liefert innerhalb weniger Minuten ein Bild vom Zustand der Muskeln im Körper.“

Ein Hauptvorteil dieser optisch-akustischen Bildgebungsmethode besteht darin, dass selbst kleine Kinder in der Regel ohne große Anstrengung mitmachen, da es sich um ein nicht-invasives Verfahren handelt, bei dem weder das Schlucken noch die Injektion von Kontrastmittel erforderlich ist. Dies vereinfacht nicht nur die Arbeit des medizinischen Teams, sondern verbessert auch die Bedingungen für Kinder und ihre Eltern während des Krankenhausaufenthalts.

Die Situation ist für Betroffene meist unglaublich belastend. Die Krankheit wird durch eine kleine Veränderung im Genom eines Proteins namens „SNM“ verursacht. Das Fehlen dieses Proteins führt jedoch zur Degeneration bestimmter Nerven, die für die Signalübertragung an Muskelzellen zuständig sind. Die betroffenen Muskeln verkümmern. Für den Laien ist es oft sehr schwer, von den Folgen und den verschiedenen Krankheitsverläufen zu erfahren.

Eine Kategorie sind die „Gehenden“, die noch in der Lage sind, ein paar Schritte alleine zu gehen. Die Situation ist bei den „Sesshaften“ viel schlimmer. Ohne Hilfe können sie nur sitzen, aber nicht alleine aufstehen. Am schlimmsten ist die Situation bei den „Nicht-Sesshaften“, die nicht einmal sitzen können. Sind die zum Schlucken oder Atmen notwendigen Muskeln betroffen, kann die Krankheit tödlich verlaufen.

Glücklicherweise ist nur eines von etwa 10.000 Neugeborenen von der SNM-Genmutation betroffen. Der Leidensdruck der Betroffenen ist jedoch so groß, dass jede Verbesserung der verfügbaren Behandlungsmöglichkeiten einen großen Durchbruch darstellt. Dies gilt auch für die sogenannte „Optoakustische Bildgebung“ (OAI), die an der Kinder- und Jugendklinik des Universitätsklinikums Erlangen erforscht wird.

Diese Behandlungen, die erst seit wenigen Jahren verfügbar sind, haben zu bedeutenden Durchbrüchen in der Behandlung einer bis dahin nahezu unheilbaren Krankheit geführt. Selbst in den schwersten Fällen, den sogenannten „Nicht-Sesshaftigkeitsfällen“, konnten deutliche Verbesserungen erzielt werden.

Bisher war die einzige Möglichkeit, diesen Fortschritt zu verfolgen, die Durchführung anstrengender motorischer Tests, die mehrere Tage dauern können. Die Natur dieser Tests kann ihre Objektivität beeinträchtigen. Manche Personen strengen sich möglicherweise mehr an als andere, was bei manchen Kindern zu besseren Ergebnissen führt als bei anderen. Auch die Stimmung der Kinder kann von Tag zu Tag schwanken und die Testergebnisse beeinflussen.

Das OAI-Verfahren mit kurzen Laserpulsen im Nahinfrarotbereich kann die Objektivität dieser Untersuchungen deutlich verbessern. Die Lichtpulse erhitzen das betroffene Gewebe, wodurch Schallwellen ausgesendet werden, die wichtige Informationen über verschiedene Strukturen im Körper des Patienten liefern. Das Gewebe besteht beispielsweise aus Kollagenproteinen, die ein anderes Schallwellenspektrum zurücksenden als Muskel- oder Fettgewebe.

Quelle: Med (2024). DOI: 10.1016/j.medj.2024.02.010

„Im Muskel können wir in den roten Blutkörperchen ein Spektrum von Hämoglobin nachweisen, das für den Sauerstofftransport und den Abtransport von Kohlendioxid zuständig ist“, erklärt Nedoshill. Je mehr Muskelzellen vorhanden sind und je aktiver sie sind, desto mehr Sauerstoff benötigen sie für ihre Arbeit.

Sieht ein Forscher am Universitätsklinikum Erlangen viel Hämoglobin, weiß er, dass dies auf eine erhebliche Muskelmasse hindeutet. Verkümmert die Muskulatur hingegen und wird durch Bindegewebe ersetzt, zeigen 3D-Bilder den Krankheitsverlauf und führen zu einer Zunahme von Kollagen, das den Muskelschwund dokumentiert.

Damit steht Ärzten wie Nedoshiel ein Werkzeug zur Verfügung, das so schnell und einfach zu verwenden ist wie ein Ultraschall-Scan und eindrucksvolle Bilder davon liefert, wie Muskeln und Bindegewebe entstehen und verschwinden.

Erlanger Untersuchungen mit Hämoglobin-Tracking zeigten, dass Kinder mit SMA deutlich weniger Muskelgewebe haben als gesunde Kontrollpersonen. Nach einer lebensrettenden Gentherapie steigt die Hämoglobinkonzentration jedoch an, die verkümmerten Muskeln beginnen sich zu regenerieren, und die Ultraschallsignale ähneln bald denen gesunder Organismen.

Dank Forschungen an der Klinik für Kinder- und Jugendmedizin in Erlangen steht nun ein relativ einfaches Instrument zur Verfügung, um den Verlauf des Muskelschwunds und den Erfolg einer Behandlung zu überwachen.