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Automatische Erkennung und Segmentierung von Spinalganglien in MRT-Bildern

Einem interdisziplinären Team um Magnus Schindehütte aus der Neuroradiologie unter der Leitung von Prof. Dr. Mirko Pham sowie dem Biozentrum der Universität Würzburg ist es erstmals gelungen, mithilfe von Deep-Learning-Algorithmen ein neuronales Netz zu trainieren, das Spinalganglien in MRT-Bildern automatisch segmentiert.

3 Bilder aus der Studie: Grafik vom Menschen mit Fokus auf Lendenwirbel 5 und Steißbein, MRT-Aufnahme und 3D-Bild
A) Schematischer Überblick über die lumbosakralen Spinalganglien (dorsal root ganglia, DRG) der Wirbelkörperhöhen L5 und S1. B) Darstellung der lumbosakralen DRG im MRT. C) 3D Rendering der DRG (gelb), der angrenzenden Nervenstrukturen (grau) und des Durasacks (weiß). © Aliya C. Nauroth-Kreß et al, Automated segmentation of the dorsal root ganglia in MRI, NeuroImage, 2025, https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2025.121189

Spinalganglien, kurz DRG (dorsal root ganglia), sind Ansammlungen sensorischer Nervenzellkörper im peripheren Nervensystem. Diese kombinierte MRT- und KI-basierte Methode ist ein erster Schritt, um künftig neuronale Aktivität in vivo sichtbar zu machen, beispielsweise über bildgebende Marker elektrischer Erregung. Die in der renommierten Fachzeitschrift NeuroImage veröffentlichte Studie ist insbesondere für die Schmerzforschung von Bedeutung. Das DRG ist die erste Station im Nervensystem, an der Schmerzreize verarbeitet und weitergeleitet werden – eine Schlüsselstelle für das Verständnis, die Diagnose und die Therapie von Schmerzerkrankungen. Durch die standardisierte Analyse können Nervenstrukturen von Patienten künftig besser auf krankhafte Veränderungen untersucht werden.

Details zur Forschung von Magnus Schindehütte liefert die Pressemeldung „Die Musik spielt nicht nur im Kopf, sondern auch im peripheren Nervensystem.

Aliya C. Nauroth-Kreß, Simon Weiner, Lea Hölzli, Thomas Kampf, György A. Homola, Mirko Pham, Philip Kollmannsberger, Magnus Schindehütte. Automated segmentation of the dorsal root ganglia in MRI. NeuroImage, Volume 311, 2025, 121189. ISSN: 1053-8119. doi.org/10.1016/j.neuroimage.2025.121189

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3 Bilder aus der Studie: Grafik vom Menschen mit Fokus auf Lendenwirbel 5 und Steißbein, MRT-Aufnahme und 3D-Bild
A) Schematischer Überblick über die lumbosakralen Spinalganglien (dorsal root ganglia, DRG) der Wirbelkörperhöhen L5 und S1. B) Darstellung der lumbosakralen DRG im MRT. C) 3D Rendering der DRG (gelb), der angrenzenden Nervenstrukturen (grau) und des Durasacks (weiß). © Aliya C. Nauroth-Kreß et al, Automated segmentation of the dorsal root ganglia in MRI, NeuroImage, 2025, https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2025.121189
Erstmaliger Nachweis eines lokalen Biomarkers zur Vorhersage schwerer Schlaganfallverläufe

Ein interdisziplinäres Team aus Neuroradiologie und Neurologie identifiziert das Enzym MMP-9 direkt in Blutgefäßen des betroffenen Hirnareals als entscheidenden Biomarker für schwerste Schlaganfallverläufe nach mechanischer Gerinnselentfernung, noch bevor therapeutische Schritte erfolgen.

An der Studie beteiligte Forscher am Fluoreszenzmikroskop mit aktiven MMP-9 positiven Entzündungszellen aus einem betroffenen Hirngefäß (v.l.n.r.): Alexander Kollikowski, Michael Schuhmann, Guido Stoll und Mirko Pham. © Vivian Vogt
Erstmalige Beobachtung stark MMP-9-expressierender neutrophiler Granulozyten aus einer betroffenen Hirnregion bei hyperakutem ischämischem Schlaganfall. © Alexander Kollikowski

Ein interdisziplinäres Forscherteam des UKW unter der Leitung von Dr. Alexander Kollikowski und Prof. Dr. Michael Schuhmann hat in einer wegweisenden Studie die Rolle von Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) bei akutem ischämischem Schlaganfall untersucht. Durch die Analyse weniger Tropfen Gehirnblut, die direkt während eines akuten Schlaganfalls gewonnen wurden, konnten sie zeigen, dass von Entzündungszellen freigesetztes MMP-9 ein relevanter Biomarker zur Identifizierung von Hochrisikopatientinnen und -patienten für schwere Verläufe nach einer mechanischen Thrombektomie ist, noch bevor therapeutische Schritte erfolgen. Die Ergebnisse liefern erstmals einen Konzeptnachweis für früheste lokale Biomarker und könnten zukünftig dazu beitragen, neue und individuellere Behandlungsstrategien bei akutem Schlaganfall zu entwickeln. 

Alexander M. Kollikowski, Mirko Pham, Alexander G. März, Jörn Feick, Marius L. Vogt, Yanyan Xiong, Marc Strinitz, Christoph Vollmuth, Fabian Essig, Hermann Neugebauer, Karl Georg Haeusler, Christian Hametner, Lena Zimmermann, Guido Stoll, Michael K. Schuhmann. MMP-9 release into collateral blood vessels before endovascular thrombectomy to assess the risk of major intracerebral haemorrhages and poor outcome for acute ischaemic stroke: a proof-of-concept study. eBioMedicine, Volume 103 (2024). doi:10.1016/j.ebiom.2024.105095 

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MRT-Biomarker zum besseren Verständnis der Schmerzsymptomatik bei Morbus Fabry

Morbus Fabry ist eine X-chromosomal vererbte lysosomale Speicherkrankheit, die häufig mit Schmerzen einhergeht.

Visualisierung des T2-Signals der Spinalganglien (DRG) bei Fabry-Schmerzen. Patient mit Fabry-Schmerzen (C; T2 = 60,2 a.u.) im Vergleich zu einem Fabry-Patienten ohne Fabry-Schmerzen (B; T2 = 37,8 a.u.) und einer gesunden Kontrollperson (A; T2 = 33,5 a.u.).

Morbus Fabry ist eine X-chromosomal vererbte lysosomale Speicherkrankheit, die häufig mit Schmerzen einhergeht. Bei Morbus Fabry führt ein Defekt des Enzyms Alpha-Galaktosidase A zu einer Anhäufung des Moleküls Globotriaosylceramid (Gb3) in den Spinalganglien (dorsale Wurzelganglien). Diese befinden sich entlang des Rückenmarks und enthalten die Zellkörper der sensorischen Neuronen, die für die Weiterleitung von Sinnesinformationen wie Schmerz und Temperatur verantwortlich sind - also der Ort aller primär sensiblen Neuronen am Übergang vom PNS zum ZNS.

Die in der Fachzeitschrift Brain Communications veröffentlichte Studie untersuchte, ob hochauflösende Magnetresonanztomographien der Nervenwurzeln im Rücken Hinweise auf die für Morbus Fabry typischen Schmerzen geben können. Durch die Analyse der Spinalganglien konnte erstmals gezeigt werden, dass die Subgruppe der Fabry-Patientinnen und -Patienten ohne Schmerzsymptomatik anhand der Signalintensität der Spinalganglien von den Fabry-Patientinnen und -Patienten mit Schmerzen unterschieden werden kann. Die Schmerzpatientinnen und -patienten wiesen ein stärkeres Signal in diesen Nervenwurzeln auf als die Gruppe ohne Schmerzen. Diese Entdeckung stellt einen wichtigen methodischen Schritt dar, nicht nur für die Erforschung dieser seltenen Erkrankung, sondern auch für die generelle Untersuchung bzw. Objektivierung von Schmerzsyndromen mittels nicht-invasiver Bildgebung bei Schmerzpatientinnen und -patienten.

 

Magnus Schindehütte, Simon Weiner, Katharina Klug, Lea Hölzli, Christopher Nauroth-Kreß, Florian Hesenauer, Thomas Kampf, György A Homola, Peter Nordbeck, Christoph Wanner, Claudia Sommer, Nurcan Üçeyler, Mirko Pham. Dorsal root ganglion magnetic resonance imaging biomarker correlations with pain in Fabry disease. Brain Communications, Volume 6, Issue 3, 2024, fcae155. doi:10.1093/braincomms/fcae155

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