Eine neue multimodale molekulare Bildgebungstechnik in der Hirntumorchirurgie: Nanopartikel-gestützte Raman-Spektroskopie und multispektrale optoakustische Tomographie zur Resektionsoptimierung maligner Gliome.

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Volker Neuschmelting
• Fachliche Zuordnung: Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259088719

Mit dem Ziel einer möglichst vollständigen Resektion in der operativen Therapie der Gliome sind einige unterstützende intraoperative Bildgebungstechniken entwickelt worden. Ihre Sensitivität, Spezifität und Ortsauflösung in der Darstellung des Tumorgewebes blieben jedoch maßgeblich limitiert. Ein neues, einzigartiges die Multispektrale Optoakustische Tomographie (MSOT) und Raman-Spektroskopie kombinierendes Nanopartikel kann die Darstellung der Tumorausdehnung und -grenzen für die Resektionskontrolle intraoperativ entscheidend verbessern. Die Raman-Spektroskopie ist eine vor langer Zeit in der Bioanalytik etablierte Methode, um mit hoher Spezifität in mikroskopischer Auflösung kleinste strukturelle und chemische Veränderungen darzustellen - unabhängig von Autofluoreszenz und photobleichenden Mechanismen. Das schwache Signal des unverstärkten Raman-Effektes hat allerdings den Nutzen für den Einsatz dieser Methode in vivo bisher deutlich begrenzt. Diese Einschränkung versuchen wir durch die Einführung Oberflächen-aktivierter Nanopartikel, den sogenannten 'surface enhanced Raman scattering (SERS)' Partikeln, die eine vielfache Verstärkung des Raman-Signals erzeugen, zu umgehen. Weitere Nachteile der Raman-Spektroskopie stellen die begrenzte Eindringtiefe ins Gewebe und die fehlende Erzeugung eines intraoperativen Bildes in Echtzeit dar. Diese Limitationen versuchen wir zu umgehen, in dem wir die Nanopartikel über eine Verschiebung ihrer optischen Absorptionseigenschaften in den Nahinfrarotbereich (NIR) für die Optoakustik kompatibel machen. Die MSOT im NIR Bereich stellt ein in der Medizin neuartiges optisches Verfahren in der molekularen Bildgebung dar. Auf Basis des optoakustischen Effektes des Gewebes erlaubt diese Bildgebungsmethode intrinsische Biomarker oder extrinsische Kontrastmittel mit der Präzision einer Spektroskopie und der Auflösung von Ultraschall in der Tiefe des Gewebes in Echtzeit darzustellen. Geplant ist dies in einem Glioblastom-Mausmodell in vivo zu untersuchen: Die MSOT-Raman Nanopartikel können sowohl in vitro und als auch in vivo mit hoher Sensitivität detektiert werden, mittels Raman bis in den femtomolaren Bereich und optoakustisch bis in den pikomolaren Bereich. Die intravenöse Gabe der MSOT-Raman Nanopartikel führt zu einer Speicherung innerhalb des Tumorgewebes, ohne im umliegenden gesunden Hirngewebe anzureichern. Auf diese Weise kann die Tumorausdehnung multimodalitätsgestützt nicht-invasiv durch die intakte Kalotte dargestellt werden. Unter anderem werden wir die Aufnahme und Speicherung der Partikel in verschiedene Hirntumorzelltypen, die Biodistribution, die Toxizität der Partikel sowie die Präzision in der Darstellung der Tumorausdehnung anhand dieses Modells untersuchen. Intraoperativ könnte die Raman-Spektroskopie und die MSOT auf Basis dieses innovativen, multimodalen Ansatzes die mikrochirurgische Präzision auf dem Weg zum Erreichen einer vollständigen Resektion in der Gliomchirurgie entscheidend verbessern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Moritz Kircher, Ph.D.