Franz Xaver Mittermaier (Berlin / DE), Henrik Alle (Berlin / DE), Julia Sophie Onken (Berlin / DE), Pawel Fidzinski (Berlin / DE), Martin Holtkamp (Berlin / DE), Jörg R.P. Geiger (Berlin / DE), Ran Xu (Berlin / DE)
Abstract-Text (inklusive Referenzen und Bildunterschriften)
Einleitung: Kortikales Gewebe, das im Rahmen von epilepsiechirurgischen Eingriffen reseziert wird, bietet eine einzigartige Gelegenheit den Neokortex des Menschen auf zellulärer Ebene zu untersuchen. Hierdurch können wichtige Erkenntnisse über die funktionelle und molekulare Architektur des humanen Kortex gewonnen werden1,2. Technische Fortschritte auf dem Gebiet der zellulären Elektrophysiologie3 und Molekularbiologie ermöglichen detaillierte Analysen und führen zu einem besseren Verständnis von Epilepsiemechanismen4. Unabhängig davon werden im Rahmen der präoperativen Diagnostik regelmäßig Daten durch elektrophysiologische (EEG, ECoG) und bildgebende Untersuchungen (MRT inkl. Diffusions-Tensor-Bildgebung mit anschließender Traktographie5) erhoben. Um translationale Fortschritte zu beschleunigen, ist eine patientenspezifische Integration der zellulären Erkenntnisse mit Informationen aus diagnostischer Elektrophysiologie und Bildgebung notwendig.
Ziele: Um Daten auf zellulärer Ebene in Verbindung mit diagnostischer Elektrophysiologie und Traktographie bringen zu können, soll eine Methode etabliert werden, die es ermöglicht, exakte Positionen untersuchter Zellen im Referenz-Koordinatensystem der Bildgebung desselben Patienten zu lokalisieren.
Materialien & Methoden: Präoperativ erhielten Patienten (n=5) eine kranielle MRT-Bildgebung (inkl. DTI). Kortikale Resektate wurden mit einer time-of-flight (TOF) basierten 3D-Kamera (Basler blaze) gescannt. Aus den Aufnahmen wurde ein 3D-Datensatz des Resektats generiert (CloudCompare), welcher mit den präoperativen MRT-Daten fusioniert wurde (BrainSuite21a). Im Anschluss an den Scan wurden akute Hirnschnitte aus dem kortikalen Gewebe angefertigt und auf zellulärer Ebene untersucht3.
Ergebnisse: Präliminäre Ergebnisse zeigen, dass die 3D-Scans der Resektate eine Fusion mit den präoperativen MRT-Datensätzen zulassen und untersuchte Zellen in das MRT-Koordinatensystem eingefügt werden können. Wir demonstrieren den Nutzen der Methode anhand einer Integration von zellulärer Elektrophysiologie und Traktographie.
Zusammenfassung: Unsere Methode erlaubt die Integration von zellulären Daten (zelluläre Elektrophysiologie & Molekularbiologie) und klinischen elektrophysiologischen Daten (EEG, ECoG) sowie bildgebenden Modalitäten (MRT). Dadurch stellt die Methode eine wichtige translationale Schnittstelle hin zu einer vollständigeren Analyse patientenspezifischer neuronaler Netzwerke dar.
Referenzen:
1. Hodge, R.D. et al. Conserved cell types with divergent features in human versus mouse cortex. Nature 573, 61–68 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1506-7
2. Berg, J. et al. Human neocortical expansion involves glutamatergic neuron diversification. Nature 598, 151–158 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03813-8
3. Peng, Y. et al. High-throughput microcircuit analysis of individual human brains through next-generation multineuron patch-clamp. eLife 8:e48178 (2019). https://doi.org/10.7554/eLife.48178
4. Rich, S. et al. Loss of neuronal heterogeneity in epileptogenic human tissue impairs network resilience to sudden changes in synchrony. Cell Reports 39.8 (2022). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.110863
5. Axer M. & Amunts K. Scale matters: The nested human connectome. Science 378.6619 (2022). https://doi.org/10.1126/science.abq2599