"Phantom" hilft bei der Heilung des Gehirns

Experten der TU Wien und der UniMed bringen mit 3D-gedrucktem Modell die Forschung voran

"Gehirn-Phantom" und seine Feinstruktur im Überblick (Illustration: tuwien.at)

Wien (pte027/21.03.2024/11:30)

Mit einem echten Gehirn scheint das "Brain Phantom" von Forschern der Technischen Universität Wien (TU Wien) und der Medizinischen Universität Wien (UniMed) nichts zu tun zu haben, das mit einem hochauflösenden 3D-Druckverfahren hergestellt wurde. Denn es ist etwas würfelförmig. In seinem Inneren befinden sich feinste, mit Wasser gefüllte Mikrokanäle in der Größenordnung einzelner Hirnnerven. Die Durchmesser dieser Kanäle sind fünfmal dünner als ein menschliches Haar. Das "Phantom" wollen die Neurologen nutzen, um Genaueres über Vorgänge in echten Gehirnen zu erfahren.

Nervenfasern genauer sichtbar

Die Experten nutzen das System, um das spezielle bildgebende Verfahren namens diffusionsgewichtete Magnetresonanztomografie (dMRT) zu kalibrieren. Mit dMRT lässt sich die Richtung der Nervenfasern im Gehirn bestimmen. An den Kreuzungspunkten von Nervenfaserbündeln ergibt sich jedoch kein klares Bild, da sich dort Nervenfasern mit unterschiedlichen Richtungen überlagern. Hier kommt das Phantom ins Spiel. UniMed-Forscher Michael Woletz vergleicht diesen Ansatz, die Diagnosefähigkeiten von dMRT zu verbessern, mit der Funktionsweise einer Handy-Kamera.

"Den größten Fortschritt bei Handy-Kameras sehen wir nicht unbedingt bei neuen, besseren Linsen, sondern bei der Software, die die aufgenommenen Bilder verbessert. Ähnlich ist es bei der dMRT: Mittels des neu entwickelten Gehirn-Phantoms können wir die Analyse-Software viel genauer justieren und damit die Qualität der gemessenen Daten verbessern sowie die Nervenarchitektur des Gehirns genauer rekonstruieren." Störungen dieser Nerven könnten demnach die Gesundheit schwer beeinträchtigen. Das dMRT-Training mithilfe des Phantoms soll diese Störungen besser diagnostizierbar machen.

OP werden nun besser planbar

3D-Druck erlaubt vielfältige und komplexe Designs, die sich verändern und anpasen lassen. Das Gehirn-Phantom bildet so Bereiche im Gehirn ab, die besonders komplexe Signale erzeugen und daher schwierig zu analysieren sind, wie zum Beispiel sich kreuzende Nervenbahnen. Um die Software zu kalibrieren, untersuchen die Forscher daher das Gehirn-Phantom mit dMRT und analysiert die Daten wie bei einem echten Gehirn. Durch den 3D-Druck ist das Design der Nervenbahnen genau bekannt und die Ergebnisse der Analyse können überprüft werden. Das hilft bei der Planung von Gehirn-OPs und der Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson und Multipler Sklerose.

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