Metabolische und molekulare MRT mittels hyperpolarisierter Moleküle

• Antragsteller: Professor Dr. Jan-Bernd Hövener
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246504068

Die Magnetresonanz (MR) nutzt unter den Bedingungen klinischer Untersuchungen nur etwa drei Millionstel des theoretisch zu Verfügung stehenden Signals (die Polarisation ist PB ≈ 3∙10-6). Obwohl ihr Potential also kaum genutzt wird, ist MR aus der heutigen Medizin nicht mehr wegzudenken. Dieser Antrag zielt darauf ab, mit neuen (Ziel 1) und etablierten (Ziel 2) Hyperpolarisations-Methoden dieses bislang ungenutzte Potential für die biomedizinische Anwendung zu erschließen. Im Ergebnis könnten sich stark verbesserte und vollkommen neue Diagnosemethoden ergeben. Ziel 1: Erforschung von neuen Hyperpolarisationsmethoden. Vor kurzer Zeit haben wir eine Methode vorgestellt, welche es erlaubt, während der MR-Bildgebung das Signal kontinuierlich um mehrere Größenordnungen zu verstärken (ca. 100.000 fach, entsprechend einem Magnetfeld von >100 T). Diese Bildgebung benötigt keine großen Magneten mehr, welche maßgeblich für die hohen Kosten der konventionellen MRT verantwortlich sind. Wir werden diese Methode im Hinblick auf eine biomedizinische Anwendung erforschen. Ein mögliches Ergebnis wäre die schnelle und hochaufgelöste Darstellung von Tumoren in vivo mit kostengünstigen, Nieder-Feld MRT Systemen, welche keine besondere Infrastruktur benötigten (z.B. für den mobilen Einsatz). Ziel 2: Anwendung von etablierten Hyperpolarisationsmethoden auf medizinische Fragestellungen. "Normale" Hyperpolarisationsmethoden erlauben es, das MR-Signal für eine gewisse Zeit stark zu erhöhen. Im Gegensatz zur in Ziel 1 beschriebenen Technik wurde die Methode um eine einmalige und vorübergehende Signalverstärkung herzustellen vom Antragssteller bereits etabliert. Metabolische, funktionelle und gezielte Kontrastmittel sind verfügbar und sollen auf drei experimentelle Modelle, welche am gastgebenden Institut untersucht werden, angewandt werden: 1. Das Signal des Biomoleküls (1-13C, 2,3-2H2) Succinat, Baustein des Zitronensäurezyklus', wird um mehrere Größenordnungen verstärkt und auf Zellkulturen und im Tiermodel angewandt. Zum einen könnte durch die Einschleusung eines hyperpolarisierten Kerns in den Stoffwechsel dieser nicht invasiv, in vivo und in Echtzeit beobachtet werden. Zum anderen soll das Potential als DFG form 54.011 – 7/12 page 3 of 10 Kontrastmittel ermittelt werden (z.B. zur Detektion von Verletzungen der Blut-Hirn-Schranke von kleinen Metastasen). 2. Gallensalze werden von der gesunden Leber innerhalb von wenigen Sekunden gefiltert. Versuche, diesen Parameter mit Fluor-MR Tomographie zu messen, sind an der geringen Signalstärke gescheitert. Wir werden das Signal der Gallensalze um mehrere Größenordnungen verstärken, um die Funktion der Leber im Tiermodell in vivo darzustellen. 3. Der LIBS Antikörper bindet innerhalb von Sekunden an Ablagerungen in Blutgefäßen und wurde bereits zur Auffindung von Plaques eingesetzt (Eisenpartikelmarkierung und MRT). Wir werden die Eisenpartikel durch hyperpolarisierte Molekül ersetzen, dessen Signal stark erhöht wird. Dies könnte die gezielte, hintergrundfreie Darstellung von Plaques zu erlauben. Diese neuen, bislang unzugänglichen Parameter wären eine entscheidende Erweiterung der medizinischen MR-Methoden und neue Werkzeuge für die klinische Diagnostik.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen