Verwendung der NMR-Linienform von Wasser zur Analyse der Struktur von biologischem Gewebe

• Antragsteller: Professor Valerij Kiselev, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 222108118

Es ist allgemein bekannt, dass das NMR Spektrum von Wasser in magnetisch heterogenem Gewebe von einer Lorentzkurve abweicht. Eine kürzlich vorgeschlagene neue Beschreibung dieses Effekts verwendet die „Effective Medium“ Theorie, welche in der Physik der kondensierten Materie zur Beschreibung von Transportprozessen in ungeordneten Medien entwickelt wurde. Der zentrale Begriff dieser Theorie ist der Selbstenergie-Anteil des über das Medium gemittelten Propagators. Dieser kann im vorliegenden MRT-Kontext als eine von der Frequenz abhängende transversale Relaxationsrate interpretiert werden. Aus dieser Frequenzabhängigkeit sind Rückschlüsse auf die Gewebestruktur möglich, wodurch sich die charakteristische Korrelationslänge sowie ein Maß für die Ordnung im Gewebe bestimmen lassen. Durch eine erste Anwendung auf das Wasserspektrum von Blut konnte das Potential der Methode bereits demonstriert werden. Mit dem vorliegenden Projekt soll die Methode überprüft und weiterentwickelt werden, um magnetisch heterogene Zellstrukturen in vivo messen zu können. Zur Methodenentwicklung und -optimierung wird Blut verwendet, da es ein gut erforschtes und relativ einfaches Medium darstellt. Im Anschluss wird die Methode dann auf Messungen in anderen Zellsuspensionen erweitert. Erste Pilotanwendungen wären die Charakterisierung der zellulären Struktur von Tumoren in Tiermodellen sowie die Untersuchung der Verteilung von Ferritin im gesunden menschlichen Gehirn. Damit sollen das Potential der Methode ergründet sowie weitere Studien motiviert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen