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 verantwortlich sind. Dies führt zu Muskelschwund und viele Patienten sterben aufgrund dieser seltenen Krankheit einen qualvollen Tod. Genetische Behandlungen sind erst seit wenigen Jahren möglich.

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

Über ihre Ergebnisse berichteten sie im Magazin Med.

„Diese Methode ähnelt der schon lange angewandten Ultraschalluntersuchung“, erklärt Nedoshill. „Ein außerhalb des Körpers durchgeführter Scan kann in nur wenigen Minuten ein Bild der Muskeln im Körperinneren liefern.“

Ein Hauptvorteil dieser optisch-akustischen Bildgebungstechnik 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 eines Kontrastmittels erforderlich ist. Dies vereinfacht nicht nur die Arbeit des medizinischen Teams, sondern verbessert auch die Umgebung für Kinder und ihre Eltern während ihres Krankenhausaufenthalts.

Die Situation ist für die Betroffenen meist unglaublich belastend. Die Krankheit wird durch nur eine kleine Veränderung im Genom in Form eines Proteins namens „SNM“ verursacht, aber das Fehlen dieses Proteins führt zur Degeneration bestimmter Nerven, die für die Signalübertragung an Muskelzellen verantwortlich sind. Die betroffenen Muskeln verkümmern. Es kann für normale Menschen sehr schwierig sein, von den Folgen und den unterschiedlichen Krankheitsverläufen zu erfahren.

Eine Kategorie sind „Geher“, die noch in der Lage sind, einige Schritte alleine zu gehen. Die Situation für diejenigen, die eine sitzende Tätigkeit ausüben, ist viel schlimmer. Ohne Hilfe können sie nur sitzen, aber nicht alleine aufstehen. Die schlimmste Situation ist für die „Nicht-Sitzenden“, die nicht einmal sitzen können. Sind die Muskeln betroffen, die zum Schlucken oder Atmen benötigt werden, kann die Krankheit tödlich verlaufen.

Glücklicherweise ist nur 1 von etwa 10.000 Neugeborenen von der genetischen Mutation SNM betroffen. Der Leidensdruck der Betroffenen ist jedoch so groß, dass jede Verbesserung der verfügbaren Behandlungen einen bedeutenden Durchbruch darstellt, wie dies bei einer Behandlung namens „Optoakustische Bildgebung“ (OAI) der Fall ist, die an der Klinik für Kinder- und Jugendmedizin des Universitätsklinikums Erlangen erforscht wird.

Diese Behandlungen, die erst seit wenigen Jahren verfügbar sind, haben zu bedeutenden Durchbrüchen in der Behandlung dieser Krankheit geführt, die zuvor praktisch unheilbar war. Selbst in den schwersten Fällen, den sogenannten „nicht-sitzenden“, konnten spürbare Verbesserungen erzielt werden.

Bis jetzt war die einzige Möglichkeit, diesen Erfolg zu verfolgen, jedoch zermürbende motorische Tests, die mehrere Tage dauern konnten. Die Natur dieser Tests kann auch ihre Objektivität beeinträchtigen. Manche Menschen können sich mehr anstrengen als andere, was bei manchen Kindern zu besseren Ergebnissen führt als bei anderen. Auch die Stimmung der Kinder kann sich von Tag zu Tag ändern, was sich auf die Testergebnisse auswirkt.

Das OAI-Verfahren mit kurzen Laserpulsen unter Verwendung von Nahinfrarotlicht kann die Objektivität dieser Beobachtungen erheblich verbessern. Diese Lichtimpulse erhitzen das betroffene Gewebe, das dann Schallwellen aussendet, die wichtige Informationen über verschiedene Strukturen im Körper des Patienten liefern. Gewebe besteht beispielsweise aus Kollagenproteinen, die ein anderes Schallwellenspektrum zurückgeben als Muskel- oder Fettgewebe.

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

„Im Muskel können wir das Hämoglobinspektrum in den roten Blutkörperchen identifizieren, das für den Sauerstofftransport zum Körper und den Abtransport von Kohlendioxid verantwortlich 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 der Muskel hingegen und wird durch Bindegewebe ersetzt, zeigen 3D-Bilder den Krankheitsverlauf und führen zu einer Zunahme von Kollagen, was den Muskelschwund dokumentiert.

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

Studien, die in Erlangen auf der Grundlage von Hämoglobin-Tracking durchgeführt wurden, zeigten, dass Kinder mit SMA deutlich weniger Muskelgewebe haben als gesunde Kontrollpersonen. Nach einer lebensrettenden genetischen Therapie steigt jedoch die Hämoglobinkonzentration, atrophierte Muskeln beginnen sich zu erholen und 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 der Behandlung zu überwachen.