Klinik für Neurologie und Neurophysiologie

Die wissenschaftliche Arbeitsgruppe von Prof Dr. Andreas Harloff gehört zur Klinik für Neurologie und Neurophysiologie der Universitätsklinik sowie der Universität Freiburg. Die Hauptziele unserer Forschung sind:

1. Neue Biomarker der Plaqueinstabilität der Karotiden und der Aorta. Dazu verwenden wir verschiedene hochauflösenden 3D MRT-Sequenzen und messen so die individuelle Geometrie und 3D Blutströmung. Mit zusätzlichen Blutbiomarkern sollen neue Risikofaktoren identifiziert werden, die zur Progression, Ruptur und zerebralen Embolisation arteriosklerotischer Plaques führen.

2.  Therapieentscheidung (Operation versus medikamentöse Therapie) bei Karotisstenosen. Mithilfe innovativer MRT- und Blutbiomarker sollen Patienten nicht nur anhand von Symptomen und Stenosegraden, sondern aufgrund des eigenen Rupturrisikos identifiziert werden und dementsprechend rechtzeitig operiert (z.B. bei Plaqueeinblutungen) oder weiterhin bewusst konservativ behandelt werden. Ziel ist die Realisation einer randomisiert-kontrollierten Studie.

3. Künstliche Intelligenz zur automatisierten Auswertung der 3D Blutströmung. Die Auswertung der Blutströmung ist aufwendig und fehleranfällig, wenn Sie manuell durchgeführt wird. Daher werten wir in vivo gemessene 4D Fluss-MRT-Daten aus zwei Kliniken (Chicago, Freiburg) in der Karotisbifurkation und Aorta aus. So können wir schnell und in großen Patientenkohorten bislang nicht verfügbare Parameter wie die Wandscherkräfte im Blut auswerten.

4. Klinische Studien zur Akuttherapie im Rahmen des INVAS – Netzwerks Link In unserem Netzwerk werden pro Jahr 9000 akute Schlaganfallpatienten versorgt und ca. 900 Patienten lysiert. Diese einzigarte Infrastruktur nutzen wir daher, um prospektive Studien zu neuen Akuttherapien des akuten Schlaganfalls durchzuführen. 

Diese Hauptziele werden in den folgenden Forschungsprojekten verfolgt:

1. Dreidimensionale Analyse hämodynamischer Wandparameter der Karotisbifurkation mit Hilfe Computer-unterstützter 4D Fluss MRT Link

Ziel dieser Studie ist, 140 konsekutive Patienten mit 20-80%igen Stenosen der A. carotis interna (ACI) mit innovativen multimodalen MRT- und Blutbiomarkern zu untersuchen. Durch die zusätzliche Auswertung der 4D Fluss-MRT-Daten mit computational fluid dynamics (CFD) können wir regional hochaufgelöste Wandscherkräfte und den Plaquedruck untersuchen. Wir möchten so herauszufinden, welche Parameter mit Ruptur-gefährdeten Plaques (AHA Typ VI Läsionen) assoziiert sind bzw. eine Progression der Stenose im 2-Jahres-Follow-up vorhersagen. 

Wir versprechen uns von dem Projekt wichtige neue Erkenntnisse zur Pathophysiologie von Karotisstenosen und die Etablierung neuer Biomarker, die die Risikoeinschätzung und die individuelle Behandlung von Karotisstenosen verbessern.

2. Analyse der Arteriosklerose der Karotisbifurkation mittels 3D Software, computational fluid dynamics und Langzeit-Follow-up Link

In diesem Projekt möchten wir multimodale MRT-Daten von Patienten mit ≤50%igen A. carotis interna (ACI)-Stenosen einerseits mit einer Software zur Bestimmung des Plaquevolumens, mittels AHA Plaque-Klassifikation und computational fluid dynamics (CFD) im 12-Monats-Follow-up auswerten. Zudem soll ein Langzeit-Follow-up nach 7 Jahren erfolgen.

In diesem Projekt sollen biologischen Effekte bei Arteriosklerose der Karotisbifurkation in einem sehr langen Zeitraum untersucht und charakterisiert werden. Außerdem soll die Arterioskleroseprogression quantitativ (Plaquevolumen) und qualitativ (Plaquezusammensetzung) erfasst werden.

3. Automatisierte Auswertung von 3D Blutströmung mittels KI-Methoden

4D Fluss-MRT erlaubt die in vivo-Messung der individuellen Blutströmung in jedem Gefäßgebiet des Körpers und die Messung von Parametern, die bislang nicht gemessen werden konnten wie die 3D Wandscherkräfte oder der Plaquedruck. Die Daten werden an verschiedenen MRT-Geräten erhoben, die Analyse dauert zur Zeit 30-60 min und erfolgt durch verschiedene Auswertung. Daher ist dieser Prozess momentan zu aufwendig und zu wenig standardisiert für den Einsatz in multizentrischen klinischen Studien. 

Unser Ziel ist, mit umfangreichen Trainingsdaten der manuellen Segmentierung der Aorta und Karotisbifurkation an zwei Standorten (Chicago – Freiburg) eine automatisierte Analyse-Pipeline zu etablieren. Diese basiert auf künstlicher Intelligenz (KI) und neuronalen Netzwerken und erlaubt eine schnelle und Untersucher-unabhängige Analyse der Daten. Diese Methodik ist die Voraussetzung für die Verwendung von 4D-Fluss-Information im Rahmen von zukünftigen multizentrischen Studien.

4. Klinische Schlaganfallforschung im interdisziplinären neurovaskulären Netzwerk (INVAS) 

Das INVAS-Netzwerk bietet mit fast 10.000 Schlaganfallpatienten/Jahr exzellente Bedingungen, neue Diagnostikverfahren, Zuweisungswege oder Therapien in einer homogenen Versorgungsinfrastruktur zu testen. 

Diese Netzwerkstruktur in Südwestdeutschland soll daher genutzt werden, um im ersten Schritt neue Therapien zu evaluieren und durch standardisierte Erfassung von klinischen Parametern im Follow-up zu evaluieren. 

Ausgewählte Publikationen

Strecker C, Krafft AJ, Saam T, Huellebrand M, Ludwig U, Hennemuth A, Hennig J, Harloff A. High wall shear stress is related to complicated AHA lesion type VI plaques in mild to moderate internal carotid artery stenosis - a 3D cardiovascular MRI study. AJNR Am J Neuroradiol. 2024 Nov 15:ajnr.A8583. doi: 10.3174/ajnr.A8583.

Loose S, Solou D, Strecker C, Hennemuth A, Hüllebrand M, Grundmann S, Asmussen A, Treppner M, Urbach H, Harloff A. Characterization of aortic aging using 3D multi-parametric MRI-long-term follow-up in a population study. Sci Rep. 2023 Apr 18;13(1):6285. doi: 10.1038/s41598-023-33219-7.

Mayerhofer E, Strecker C, Becker H, Georgakis MK, Uddin MM, Hoffmann MM, Nadarajah N, Meggendorfer M, Haferlach T, Rosand J, Natarajan P, Anderson CD, Harloff A, Hoermann G. Prevalence and Therapeutic Implications of Clonal Hematopoiesis of Indeterminate Potential in Young Patients With Stroke. Stroke. 2023 Apr;54(4):938-946. doi: 10.1161/STROKEAHA.122.041416.

Kopczak A, Schindler A, Sepp D, Bayer-Karpinska A, Malik R, Koch ML, Zeller J, Strecker C, Janowitz D, Wollenweber FA, Hempel JM, Boeckh-Behrens T, Cyran CC, Helck A, Harloff A, Ziemann U, Poli S, Poppert H, Saam T, Dichgans M. Complicated Carotid Artery Plaques and Risk of Recurrent Ischemic Stroke or TIA. J Am Coll Cardiol. 2022 Jun 7;79(22):2189-2199. doi: 10.1016/j.jacc.2022.03.376.

Strecker C, Krafft AJ, Kaufhold L, Hüllebrandt M, Treppner M, Ludwig U, Köber G, Hennemuth A, Hennig J, Harloff A. Carotid Geometry and Wall Shear Stress Independently Predict Increased Wall Thickness-A Longitudinal 3D MRI Study in High-Risk Patients. Front Cardiovasc Med. 2021 Oct 26;8:723860. doi: 10.3389/fcvm.2021.723860.

Die vollständige Literaturliste finden Sie bei Pubmed.

Mitglieder

Dr. Christoph Strecker, Oberarzt

Dr. Jonathan Andrae, Assistenzarzt 

Demetris Solou, Doktorand 

Annika Gernsbeck, Doktorandin 

Frauke de Fries, Doktorandin 

Katharina Scheidtler, Doktorandin

Erik Schultz, Doktorand