Das Verbundprojekt PIRATE adressiert fundamentale Wissenslücken in der Pathophysiologie und Diagnostik intrakranieller Aneurysmen. Die folgende Projektbeschreibung detailliert die klinische Ausgangslage sowie den Einsatz innovativer in-vivo-Methoden zur Entwicklung einer personalisierten Therapieplanung.

Risikobewertung intrakranieller Aneurysmen

Unrupturierte intrakranielle Aneurysmen (IA) entstehen durch eine Schwäche in der Gefäßwand, die zu einer lokalen Erweiterung des arteriellen Lumens führt. IAs haben eine Prävalenz von 3–8 %, wobei die Mehrheit (72 %) klein ist (< 7 mm) und mit einem vermeintlich geringen Rupturrisiko (2 %) assoziiert wird. Da die Studienlage zum Rupturrisiko kleiner Aneurysmen jedoch widersprüchlich ist, lässt sich das individuelle Risiko aktuell nur schwer zuverlässig bewerten.

Die Ruptur eines IA verursacht eine Subarachnoidalblutung (Blutung zwischen Gehirn und Hirnhäuten), die bei 60–70 % der Patienten zu hoher Sterblichkeit und Erkrankungshäufigkeit führt. Angesichts dieser potenziell verheerenden Folgen ist die Entwicklung präventiver Strategien von entscheidender Bedeutung. Aktuell bestehen große Wissenslücken hinsichtlich der Pathophysiologie und des optimalen Zeitpunkts für interventionelle oder chirurgische Behandlungen, die ihrerseits mit nichttrivialen perioperativen Risiken verbunden sind.

Limitationen bestehende Diagnostik

Häufig werden endovaskuläre oder operative Behandlungen vorbeugend durchgeführt, insbesondere bei größeren Aneurysmen. Bisherige Diagnosewerkzeuge zur Risikoeinschätzung stützen sich vorwiegend auf empirische Daten und systemische Risikofaktoren, wodurch das individuelle Risiko nur unvollständig erfasst wird.

Studien zeigen, dass unregelmäßige Blutströmungsmuster mit vaskulären Veränderungen verbunden sind. Diese Anomalien können zu hohe oder zu niedrige Wandschubspannungen (Reibungskraft, die das strömende Blut auf die Innenwand eines Gefäßes ausübt) induzieren, welche die Endothelzellfunktion verändern und zu einem Remodellierung der Gefäßwand führen. Bisherige Untersuchungsmethoden der Hämodynamik – wie Doppler-Ultraschall (DUS), 2D-Phasenkontrast-MRT und Computational Fluid Dynamics (CFD) – sind jedoch durch unvollständige hämodynamische Erfassungen oder begrenzte Strömungsgeschwindigkeitsmessungen limitiert.

4D Fluss MRT

Daher sind neue in-vivo-Methoden von zentraler Bedeutung. Die 4D-Fluss-MRT ermöglicht eine umfassende, volumetrische Darstellung des Blutflusses im relevanten Gefäßgebiet unter physiologischen Bedingungen. Die Besonderheit der 4D Fluss MRT liegt darin, dass sie die Strömungsgeschwindigkeiten zeitaufgelöst in allen drei Raumdimensionen (3D + Zeit) erfasst und dadurch den Blutfluss vollständig dreidimensional über den Herzzyklus darstellt. Pilotstudien liefern starke Hinweise darauf, dass Strömungsmerkmale im Aneurysma eine deutlich bessere Charakterisierung der Erkrankung bieten. 

Bislang sind 4D-Fluss-Messungen jedoch oft ungenau und nicht reproduzierbar, was auf unterschiedliche Messsequenzen, Auswertetools und MRT-Hersteller zurückzuführen ist. Zudem fehlen bei etablierten bildgebenden Verfahren (MRA, CTA, Vessel Wall Imaging zur Betrachtung des Circulus arteriosus willisii) systematische Untersuchungen zu den komplexen Zusammenhängen von Blut, Gewebe und Geschlecht. So bleibt beispielsweise die wesentlich höhere Häufigkeit bei Frauen bislang unverstanden.

Projektziel

Insgesamt fehlt es an robusten Risikofaktoren, die zur individuellen Entscheidungsfindung für die Behandlung von nicht-rupturierten IAs herangezogen werden können. Eine personalisierte Risikobewertung und Therapieplanung ist jedoch – insbesondere bei jüngeren Patientinnen und Patienten – unerlässlich.

Das Ziel des Verbundprojektes PIRATE ist es daher, eine Prototyp-Software zu entwickeln. Diese klinische Entscheidungshilfe basiert auf neu identifizierten Biomarkern, die aus Simulationen, der modernen Bildgebung sowie demographischen und klinischen Parametern abgeleitet werden.

Neben der Entwicklung des Software-Prototyps sollen die gewonnenen Erkenntnisse dazu beitragen, neue klinische Leitlinien und Behandlungsstrategien wissenschaftlich fundiert zu etablieren. Durch die enge interdisziplinäre Zusammenarbeit im Konsortium gehen die entwickelten Ansätze weit über bestehende Modelle hinaus. Sie schaffen die Grundlage für eine umfassende, individualisierte Entscheidungsfindung im medizinischen Alltag und ermöglichen künftig präzisere sowie verlässlichere Therapieindikationen.