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Iron in the human brain
Ferrozine assay and histological iron detection as a basis for magnetic resonance imaging validation
Verena Endmayr
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Biologie
Betreuer*in
Hans Lassmann
Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-15478.60373.892654-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract
(Deutsch)
ZIEL: Im menschlichen Gehirn könnten Unterschiede in lokalen Eisenkonzentrationen als Marker für verschiedene neurodegenerative Erkrankungen, wie zum Beispiel für Alzheimer Erkrankung, Parkinson Erkrankung und multiple Sklerose herangezogen werden. Unsere Studie fokussierte sich auf die Erstellung eines Models, um von se-miquantitativen Signalintensitäten der Eisenfärbung direkt auf die Eisenkonzentration in der korrespondierenden Hirnregion rückschließen zu können. Diese Methode sollte helfen, allein mit Hilfe von Eisenfärbungen, eisensensitive Magnetresonanztomographietechniken zu validieren und weitere Sequenzen zu entwickeln. METHODEN: Sechs menschliche Köpfe wurden in situ über Nacht mit Hilfe eines 7 Tesla Magnetresonanztomographen gescannt. Auf Basis der erworbenen Magnetresonanzbilder wurden die Gehirne entnommen, fixiert und in horizontale Scheiben geschnitten. Von bestimmten Hirnscheiben wurden gleich große Gewebszylinder herausgestanzt, von denen anschließend die tatsächlichen Eisenkonzentrationen mittels des kolorimetrischen Ferrozin Assays gemessen wurden. Für die Detektion von Myelin wurden 10 µm dicke Hirnscheiben unter Verwendung von Luxol Fast Blue einge-färbt, während Nicht-Hämeisen mittels einer 3,3´-Diaminobenzidin verstärkten Turnbull Blau Eisenfärbung angefärbt wurde. Die erhaltenen Eisenkonzentrationen wurden verwendet, um die densitometrischen Bildintensitäten der Eisenfärbungen zu kalibrieren. ERGEBNISSE: Mit Hilfe einer logarithmischen Regression, konnte eine gute Übereinstimmung des Models (R2 = 0.636) für Signalintensitätswerte der Eisenfärbung abhängig von Eisenkonzentrationen, die mittels des Ferrozin Assays bestimmt wurden, gefunden werden. Zusätzlich konnte ein hoher Gehalt an Eisen in den Basalganglien nachgewiesen werden. Unter diesen wies der Globus Pallidus die höchste Eisenkonzentration auf, gefolgt von Putamen, Nucleus caudatus und Thalamus. INTERPRETATION: Mit dieser Studie konnte eine logarithmische Regressionsgleichung gefunden werden, die es erlaubt von Signalintensitäten aus der Eisenfärbung auf reale Eisenkonzentrationen rückschließen zu können. Diese Gleichung sollte helfen, quantitative suszeptibilitätsgewichtete Bildgebung zu validieren indem Eisenfärbungen dreidimensional übereinanderlegt werden.
Abstract
(Englisch)
OBJECTIVE: In the human brain, differences in local iron concentrations may serve as a marker for different neurodegenerative diseases such as Alzheimer´s disease, Parkinson´s disease and multiple sclerosis. Our study focused on the establishment of a model to precisely relate semi-quantitative iron stain signal intensities to quantitative iron concentrations. This approach should help to validate and develop further iron sensitive magnetic resonance imaging techniques by means of iron stainings alone. METHODS: Six unfixed human cadaver heads were scanned in situ overnight at a 7 Tesla magnetic resonance imaging scanner. On the basis of the acquired magnetic resonance images, the brains were removed from the skulls, formalin-fixed and cut into axial slices. From selected slices, equally-sized tissue cylinders were punched out. The colorimetric ferrozine assay was applied on the homogenized punches to quantify actual iron concentrations. Luxol fast blue staining for myelin and 3,3´ diaminobenzidine enhanced Turnbull blue staining for non-haem iron were performed on 10 µm thick brain sections of the axial slices. The ferrozine-derived iron concentrations were used to calibrate densitometric iron stain signal intensities from the iron stainings. RESULTS: Using logarithmic regression, we found a good fit of the model (R2 = 0.636) for iron stain signal intensity depending on iron concentrations determined by the fer-rozine assay. In addition and in line with prior literature, high iron concentrations were present in the basal ganglia. Among these, the globus pallidus revealed the highest amount of iron, followed by the putamen, nucleus caudatus and thalamus. CONCLUSIONS: In this study, a logarithmic regression equation was found to relate iron stain signal intensities to actual iron concentrations. This finding will help to validate quantitative susceptibility mapping, a novel magnetic resonance imaging tool, using three-dimensionally stacked iron stainings.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
iron human brain magnetic resonance imaging quantitative susceptibility mapping
Schlagwörter
(Deutsch)
Eisen menschliches Gehirn Magnetresonanztomographie quantitative suszeptibilitätsgewichtete Bildgebung
Autor*innen
Verena Endmayr
Haupttitel (Englisch)
Iron in the human brain
Hauptuntertitel (Englisch)
Ferrozine assay and histological iron detection as a basis for magnetic resonance imaging validation
Paralleltitel (Deutsch)
Eisen im menschlichen Gehirn: Ferrozin Assay und histologische Eisenfärbung als Basis für die Validierung einer magnetresonanztomographischen Bildgebung
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
vi, 70 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Hans Lassmann
Klassifikationen
44 Medizin > 44.03 Methoden und Techniken der Medizin ,
44 Medizin > 44.34 Anatomie ,
44 Medizin > 44.35 Histologie ,
44 Medizin > 44.90 Neurologie
AC Nummer
AC13329200
Utheses ID
38388
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |
Universität Wien, Universitätsbibliothek, 1010 Wien, Universitätsring 1