Einblicke in
neurodegenerative Erkrankungen

Neurodegenerative Erkrankungen sind eine Gruppe von Krankheiten, bei denen Struktur und Funktion des zentralen oder peripheren Nervensystems zunehmend degenerieren.

Diese Krankheiten entstehen, wenn Neuronen mit der Zeit ihre Funktion verlieren und schließlich absterben. Da es keine bekannte Möglichkeit gibt, die fortschreitende Degeneration der Neuronen rückgängig zu machen, gelten diese Krankheiten als unheilbar.

Ein Neuron ist eine Nervenzelle.

Demenz und Alzheimer

Zahlen und Fakten 

Veränderungen des Gehirns

Diagnose

Krankheitsmanagement

Demenz verursacht Symptome, die Gedächtnis, Denkleistung und soziale Fähigkeiten so stark beeinträchtigen, dass das tägliche Leben der Betroffenen eingeschränkt wird.

Demenz hat viele Formen und Ursachen. Am häufigsten ist jedoch bei älteren Erwachsenen die Alzheimer-Krankheit. Die genauen Mechanismen, wie und warum sich die verschiedenen Formen der Demenz entwickeln, werden noch erforscht.
Bei Alzheimer können die Gehirnveränderungen bereits ein Jahrzehnt oder länger einsetzen, bevor der kognitive Abbau bemerkt wird. Abnormale Ablagerungen von Proteinen – amyloide Plaques und Tau-Fibrillen – bilden sich im ganzen Gehirn und verhindern die Kommunikation von Nervenzellen (Neuronen) untereinander. Gesunde Neuronen funktionieren nicht mehr, verlieren ihre Verbindungen mit anderen Neuronen und sterben ab. Die Schädigung scheint zunächst in den Gehirnteilen aufzutreten, die für die Bildung von Erinnerungen wichtig sind. Wenn immer mehr Neuronen absterben, werden auch andere Gehirnteile angegriffen und beginnen zu schrumpfen.



Podcast-Folge (en.)

How can technology slow the global rise of neurodegenerative diseases? (1/3) | Healthcare Perspectives
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How can technology slow the global rise of neurodegenerative diseases? (1/3) | Healthcare Perspectives
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Learn about the current methods of detecting neurodegenerative diseases and what they involve. You’ll also hear about the important role that wearable devices are playing in the field of brain health. Additionally, you’ll learn about what the medical profession is doing to prepare for an increase in the number of patients.
Andere Formen von Demenzerkrankungen sind die Lewy-Body-Demenz, die mit abnormen Ablagerungen eines Proteins namens Alpha-Synuclein im Gehirn einhergeht, frontotemporale Störungen, die durch eine Schädigung von Nervenzellen in bestimmten Gehirnteilen verursacht werden, und vaskuläre Demenz, ein fortschreitender Verlust kognitiver Funktionen, der durch eine Gefäßerkrankung im Gehirn verursacht wird.

Jun Hatazawa, MD, PhD, currently serves as chief executive director of the Japan Radioisotope Association

Die verschiedenen Formen der Demenz sind diagnostisch schwer zu differenzieren. Der Arzt oder die Ärztin kann zum Beispiel:

  • die Patient*innen und Pflegepersonen nach dem allgemeinen Gesundheitszustand, Medikamenteneinnahme, Ernährung, früheren medizinischen Problemen, der Fähigkeit, tägliche Aktivitäten auszuführen, und Verhaltens- oder Persönlichkeitsveränderungen fragen;
  • Gedächtnis-, Problemlösungs-, Aufmerksamkeits-, Zähl- und Sprachtests durchführen;
  • medizinische Standardtests anordnen, wie etwa Blut- und Urinproben, um andere mögliche Ursachen der Symptome zu ermitteln;
  • mittels Magnetresonanztomographie (MRT) Veränderungen im Gehirn sichtbar machen, wie Atrophie der weißen und grauen Substanz;
  • mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET) amyloide bzw. Tau-Ablagerungen sichtbar machen;
  • eine Lumbalpunktion durchführen, bei der eine kleine Probe Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit aus dem Wirbelkanal entnommen und im Labor auf Amyloide und Tau-Moleküle untersucht wird.

Die Behandelnden können diese Tests wiederholen, um zu verfolgen, wie sich die Krankheit im Zeitverlauf entwickelt.


Andreas Papadopoulos

Die Visualisierung der Substrukturen des Hippocampus im Gehirn des Patienten ist mit der Ultrahochfeld-Magnetresonanztomographie möglich. Die Auflösung von 0,2 mm in der Ebene bietet Potenzial für die klinische Bewertung bei Patienten mit Morbus Alzheimer. 
Erhöhter Bildkontrast und hohe Auflösung ermöglichen die Identifizierung kleiner anatomischer Strukturen und die klare Unterscheidung zwischen grauer und weißer Substanz sowie Liquor.
Increased image contrast and high resolution enable the identification of small anatomical structures and the clear differentiation between gray, white matter and cerebrospinal fluid.

Die Bilder zeigen eine verminderte Perfusion im Frontal- und Parietallappen auf beiden Seiten, während die zentralen Sulcusbereiche relativ verschont bleiben. Es besteht der Verdacht auf eine Alzheimer-Erkrankung.

Der zentrale Sulcus ist eine Furche in der Großhirnrinde.
Leider gibt es derzeit keine Heilung für Alzheimer. Bestimmte Behandlungen wie Verhaltenstherapie und Medikamente können jedoch die Krankheitssymptome lindern helfen. Eine frühzeitige Behandlung kann dazu beitragen, die täglichen Funktionen für einige Zeit zu erhalten. Darüber hinaus gibt eine frühzeitige Diagnose den Angehörigen die Möglichkeit, sich um finanzielle und rechtliche Angelegenheiten zu kümmern, mögliche Sicherheitsprobleme in der Umgebung des oder der Erkrankten anzugehen, das Zuhause des Patienten oder der Patientin anzupassen und Unterstützungsnetzwerke aufzubauen.

Podcast-Folge (en.)

How can we spot the early signs of dementia? (2/3) | Healthcare Perspectives
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How can we spot the early signs of dementia? (2/3) | Healthcare Perspectives
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Hear about the options that are currently available in the detection of Alzheimer's disease. You’ll also learn about the use of Biomarkers in monitoring the disease’s progression and how that information can be used in managing it. Lastly, you’ll hear about the ongoing Alzheimer's research and the questions they are seeking answers for.

Parkinson

Zahlen und Fakten

Veränderungen des Gehirns

Diagnose

Krankheitsmanagement

Anzeichen und Symptome können sich bei verschiedenen Patient*innen unterschiedlich äußern. Frühe Anzeichen sind oft mild und können sogar unbemerkt bleiben.  

Zwei pathologische Veränderungen gelten als charakteristische Anzeichen von Parkinson. Die erste ist der Abbau und das Absterben von Dopamin-produzierenden Zellen in der Substantia nigra, einer von mehreren Strukturen im Hirnstamm, die zusammen die für die Motorik extrem wichtigen Basalganglien bilden. Die Wissenschaft weiß noch immer nicht, was das Absterben dieser Zellen verursacht. Ein sinkender Dopaminspiegel führt jedoch zu abnormaler Gehirnaktivität, die zu Bewegungsstörungen und anderen Symptomen von Parkinson führt. Bis ein*e Parkinson-Patient*in stirbt, kann die Person bis zu 70 Prozent der Dopamin-Neuronen in dieser Region verloren haben. Im Zuge des Fortschreitens der Krankheit beginnen auch Neuronen in anderen Bereichen des Gehirns und des Hirnstamms abzusterben.
Forscher*innen haben auch Verklumpungen bestimmter Substanzen innerhalb der Gehirnzellen festgestellt, die sogenannten Lewy-Körper. Unter den darin enthaltenen Substanzen interessiert die Wissenschaft vor allem ein Protein namens Alpha-Synuclein (a-Synuclein). Es kommt in allen Lewy-Körpern in einer verklumpten Form vor, welche die Zellen nicht abbauen können.

Dopamin ist ein wichtiger Neurotransmitter im Gehirn. Es spielt eine wichtige motivations- und antriebssteigernde Rolle. Ist der Dopaminspiegel zu niedrig oder zu hoch, dann können Parkinson-ähnliche bzw. manische Symptome auftreten.
Computer illustration showing healthy substantia nigra and degenerated substantia nigra in the human brain.

Normal (links), Parkinson-Krankheit (rechts): Computerillustration, die gesunde Substantia nigra und degenerierte Substantia nigra im menschlichen Gehirn zeigt. Die Substantia nigra spielt eine wichtige Rolle bei Belohnung, Sucht und Bewegung. Ihre Degeneration ist charakteristisch für die Parkinson-Krankheit.

Es gibt keinen spezifischen Labor- oder bildgebenden Test zur eindeutigen Diagnose von Parkinson. Da jedoch mehrere andere Erkrankungen ähnliche Symptome hervorrufen können, ist es wichtig, die Diagnose so schnell wie möglich zu stellen. Diese erfolgt aufgrund einer Patient*innenanamnese, einer Beurteilung der Anzeichen und Symptome sowie einer körperlichen und neurologischen Untersuchung. Der*die Ärzt*in kann auch Labor- oder Bildgebungstests anordnen, um andere Erkrankungen auszuschließen.

Eine Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie (SPECT)  – ein sogenannter Dopamin-Transporter oder DaT-Scan – kann den Verdacht auf Parkinson erhärten. Die Diagnose Parkinson lässt sich jedoch oft erst dann bestätigen, wenn eine Parkinson-Medikation eingeleitet wird und zu deutlichen Verbesserungen führt. Eine Parkinson-Diagnose braucht häufig Zeit. Die Behandelnden können regelmäßige Nachsorgetermine empfehlen, um Zustand und Symptome des*der Patient*in im Zeitverlauf zu beurteilen.


Hiroshi Matsuda, MD, PhD, is the current director of the Cyclotron and Drug Discovery Research Center at the Southern Tohoku Research Institute for Neuroscience.

A normal SPECT DaT image (top) with the corresponding MR image (bottom).

Die Protonen-MR-Spektroskopie2 bei 7 Tesla kann nicht nur Stoffwechselinformationen, sondern auch anatomische Informationen liefern. Die ultrahochauflösende Spektroskopie hat Potenzial für klinische Anwendungen, z. B. bei Tumoren, Epilepsie, multipler Sklerose und anderen neurodegenerativen Erkrankungen.

Gegenwärtig gibt es keine Heilung für Parkinson, jedoch eine Reihe von Medikamenten, die die Symptome erheblich lindern. Die Behandlung richtet sich nach den individuellen Symptomen. Medikamente können helfen, Symptome zu kontrollieren und oft auch deutlich zu lindern. Die Auswirkungen der Krankheit können sie jedoch nicht rückgängig machen. Zu den Arzneien gehören

  • Medikamente, die den Dopaminspiegel im Gehirn erhöhen;
  • Medikamente, die andere Gehirnchemikalien beeinflussen;
  • Medikamente, die nicht bewegungsbezogene Symptome kontrollieren helfen

Im Lauf der Zeit lässt die Wirkung der Medikamente jedoch häufig nach oder wird unbeständiger. 

Weitere Behandlungen umfassen physikalische, ergotherapeutische und logopädische Therapien, die bei Bewegungs- und Gleichgewichtsstörungen, Zittern und Steifheit, nachlassender Denkleistung und Sprachproblemen helfen. Weitere unterstützende Maßnahmen sind gesunde Ernährung und mehr Ruhe.

DBS

Bei einigen Patient*innen im fortgeschrittenen Stadium, die nicht stabil auf Medikamente ansprechen, kann eine Operation zur tiefen Hirnstimulation (deep brain stimulation, DBS) ratsam sein. Dabei werden Elektroden in einen bestimmten Teil des Gehirns implantiert und mit einem kleinen Generator verbunden, der in der Brust implantiert wird. Das Gerät und die Elektroden stimulieren schmerzlos das Gehirn und blockieren Signale, die viele der bewegungsbezogenen Symptome von Parkinson verursachen – wie Zittern, verlangsamte Bewegungen und Steifheit. Auch wenn die DBS Symptome nachhaltig lindern kann, verhindert sie nicht das Fortschreiten von Parkinson. Einige Symptome können auch allmählich zurückkehren.

Multiple Sklerose

Zahlen und Fakten

Veränderungen des Gehirns

Diagnose

Krankheitsmanagement

Multiple Sklerose ist eine Krankheit, deren Symptome unvorhersehbar sind und auch in ihrer Intensität variieren können. Während der Schübe oder Attacken können sich unterschiedliche Symptome manifestieren.

Multiple Sklerose (MS) ist eine Autoimmunerkrankung. Das körpereigene Immunsystem greift die Myelinscheiden an, die die Axone umhüllen und schützen. Diese Nervenfasern verbinden Nervenzellen innerhalb des zentralen Nervensystems (d. h. Gehirn und Rückenmark). Axone sind wie Kabel, die von den fettigen Myelinscheiden isoliert werden. Wird diese Isolierung zerstört, wird die elektrische und chemische Signalleitfähigkeit der Nerven je nach Schwere der Schädigung langsamer, unkoordinierter oder verschwindet ganz. Mit der Zeit sterben die nicht isolierten Nervenfasern selbst und sogar ganze Nervenzellen ab, was zu einer Hirnathropie führt. Die Schädigung bestimmter Hirnregionen kann dazu führen, dass bestimmte in dieser Region angesiedelte Fähigkeiten nicht mehr gut ausgeführt werden können.
Es gibt zwei Formen von MS: Bei der schubförmig-remittierenden MS durchleben die Patient*innen Phasen, in denen die Symptome aufflammen, und Phasen, in denen sie sich wieder beruhigen; bei der progressiven MS verschlimmern sich die Symptome kontinuierlich.

Atrophie ist der medizinische Fachbegriff für “Schrumpfung.”

Es gibt keinen einzelnen Test für MS. Anhand einer Kombination von Tests werden andere Krankheiten mit ähnlichen Symptomen ausgeschlossen und MS diagnostiziert. Nach der Anamnese und körperlichen Untersuchung kann ein*e Ärzt*in die folgenden Tests anordnen:

  • Bluttests werden derzeit hauptsächlich eingesetzt, um andere Krankheiten mit ähnlichen Symptomen auszuschließen. Es wird allerdings daran geforscht, auch MS-bezogene Biomarker im Blut nachzuweisen.
  • Mit Magnetresonanztomographie (MRT) lassen sich Schäden oder Vernarbungen der Myelinscheiden in Gehirn und Rückenmark erkennen.
  • Bei einer Lumbalpunktion wird eine kleine Probe Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit aus dem Wirbelkanal entnommen und dann im Labor untersucht. Diese Probe kann Anomalien in Immunzellen und Antikörpern aufzeigen, die mit MS in Verbindung gebracht werden.
  • Tests mit evozierten Potentialen messen die winzigen elektrischen Signale, die in bestimmten Gehirnbereichen als Reaktion auf Stimulation auftreten, z. B. durch Schall, Berührung oder Sehen. Sie lassen sich durch auf der Kopfhaut angebrachte Elektroden messen.

Die Behandelnden können diese Tests wiederholen, um zu verfolgen, wie sich die Krankheit im Zeitverlauf entwickelt.

Siemens Healthineers Press Pictures
Etablierte MRT-Verfahren können Ärzte bisher nur in einem fortgeschrittenen Stadium bei der Diagnose von Demenz, Epilepsie und Multipler Sklerose (MS) unterstützen. Die Ultrahochfeld-MRT bringt die Medizin nun einen Schritt weiter. Aufgrund ihrer sehr hohen Detailgenauigkeit kann die 7-Tesla-Bildgebung kleinste Veränderungen in der Anatomie und der Organfunktion aufzeigen. Das bedeutet, dass diese Bildgebungstechnologie den Ärzten helfen kann, pathologische Veränderungen auf der Stoffwechselebene zu erkennen, die mit anatomischer Bildgebung unsichtbar bleiben, zum Beispiel bei der Früherkennung von MS.

Standard-FLAIR kann zusammen mit SHI bei 7T zum besseren Verständnis von MS beitragen. Die ultrahohe Auflösung bei 7T kann die Erkennung von Eisenansammlungen und der Venendichte in Plaques ermöglichen.

Wie lassen sich Fortschritte bei Diagnose und Behandlung beschleunigen?

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Angesichts der begrenzten Diagnose- und Therapiemöglichkeiten für neurodegenerative Erkrankungen bündeln Forscher und Industrie ihre Kräfte.

Podcast-Folge (en.)

No two patients are alike: How can AI monitor neurodegenerative diseases? (3/3) | Healthcare Perspectives
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No two patients are alike: How can AI monitor neurodegenerative diseases? (3/3) | Healthcare Perspectives
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Stay tuned to learn about why it is difficult to predict how a neurodegenerative disease will progress in one patient based on data collected from other patients. You’ll also learn about the importance of data sharing among the groups doing research. Lastly, you’ll hear about the role that AI is playing in creating models that can be used in the detection, treatment, and monitoring of patients.

Was bringt die Zukunft?

Wagen wir einen Blick in die nahe Zukunft - was könnten mögliche nächste Schritte und Entwicklungen sein?


Adriana Maggi researched on the role of estrogen in neurodegenerative diseases.

Die biomedizinische Forschung hat jedoch viele Ähnlichkeiten zwischen den Krankheiten aufgedeckt, darunter atypische Proteinanhäufungen und induzierter Zelltod. Diese Ähnlichkeiten lassen vermuten, dass therapeutische Fortschritte im Kampf gegen eine dieser neurodegenerativen Erkrankungen auch die Therapien für andere Erkrankungen verbessern könnten. Die meisten der heute verfügbaren Medikamente behandeln lediglich die Symptome, was den Erkrankten eine gewisse Erleichterung verschafft, aber ein weiteres Fortschreiten der Erkrankung nicht verhindert. Um die zugrunde liegenden Ursachen anzugehen, braucht es krankheitsmodifizierende Therapien (disease-modifying therapies, DMT), die den Verlauf des klinischen und kognitiven Verfalls nachhaltig beeinflussen können. Die Fortschritte haben sich jedoch als schwierig erwiesen.

Zu den wissenschaftlichen Schwierigkeiten bei neurodegenerativen Erkrankungen gehören die Überwindung der Blut-Hirn-Schranke, die Suche nach geeigneten Tiermodellen, die Aufschluss über die Wirksamkeit beim Menschen geben können, der Mangel an validierten molekularen Zielen für die Arzneimittelentwicklung und der Mangel an genau definierten Biomarkern, mit denen sich die Konsistenz der Behandlungswirkung in klinischen Studien messen lässt[11]. Außerdem sind viele neurodegenerative Erkrankungen heterogene Erkrankungen mit vielfältigen Ursachen, die es schwierig machen, Patient*innen zu diagnostizieren, Behandlungen zu identifizieren sowie vorherzusagen, wie einzelne Erkrankte darauf ansprechen werden.

Medikamente in der Entwicklung gegen neurodegenerative Krankheiten
Es gibt jedoch Hoffnung, da die Wissenschaftler*innen immer mehr über die Funktionsweise des zentralen Nervensystems auf molekularer und genetischer Ebene herausfinden. Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen werden bei der Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen eingesetzt und haben sich als vielversprechend für die Frühdiagnose, den wahrscheinlichen Krankheitsverlauf und die Entwicklung neuer Therapien erwiesen.[12] Derzeit befinden sich 261 Arzneimittel für verschiedene neurodegenerative Erkrankungen in der klinischen Erprobung oder warten auf die Prüfung durch die FDA[13].