CEST-MRT endogener mobiler Proteine mittels dual-Frequenz-Einstrahlung

• Antragsteller: Professor Dr. Mark E. Ladd, seit 12/2021
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413716733

Die sogenannte Chemical Exchange Saturation Transfer (CEST) Magnetresonanz Tomographie (MRT) hat sich in den letzten Jahren zu einem bedeutenden Kontrastmechanismus für die Detektion niedrig konzentrierter organischer Substanzen, wie zum Beispiel von Metaboliten oder Proteinen, entwickelt. Der größte Vorteil der CEST-MRT liegt darin, dass diese eine Detektion molekularer Information mit einer hohen räumlichen Auflösung ermöglicht, ohne dass ein Kontrastmittel appliziert werden muss. In lebendem Gewebe kommt es jedoch zu einer spektralen Überlagerung von CEST Signalen diverser verschiedener gelöster Stoffe, wodurch eine selektive Detektion einzelner spezifischer Substanzen in vivo nicht ohne weiteres möglich ist. Die Verbesserung der Spezifität ist eine der wichtigsten Aufgaben im Forschungsgebiet der CEST-MRT. Vor kurzem haben wir eine neue CEST-basierte Technik – dualCEST – entwickelt, welche es erlaubt diese Limitation zu umgehen und eine selektive Detektion endogener mobiler Proteine in vivo ermöglicht (in erster Linie Proteine im Zytoplasma). Solch eine nicht-invasive Bildgebungstechnik könnte von besonderem Interesse für die Diagnose von Erkrankungen sein, welche mit schwerwiegenden Veränderungen der Proteinexpression in Verbindung gebracht werden, wie zum Beispiel Krebs und Alzheimer. In Hinblick auf Untersuchungen am Menschen ist zudem eine Implementierung der dualCEST Technik auf herkömmlichen 3T Tomographen möglich, wodurch diese weitläufig anwendbar im klinischen Umfeld wird. Die prinzipielle Anwendung am Menschen haben wir bereits anhand einer Untersuchung eines Gehirntumorpatienten gezeigt. Momentan dauert eine dualCEST Untersuchung jedoch noch rund 20 Minuten und ist zudem lediglich in 2D. Darüber hinaus steht noch eine Überprüfung der eigentlichen diagnostischen Wertigkeit des dualCEST Kontrastes aus.Das zentrale Ziel dieses Antrags ist es somit die dualCEST Technik als ein neuartiges Diagnoseinstrument zu etablieren, welches es ermöglicht Veränderungen endogener mobiler Proteine im Menschen bildlich darzustellen. In einem ersten Schritt soll hierfür die dualCEST Pulssequenz weiterentwickelt werden um eine hochaufgelöste 3D Untersuchung des menschlichen Gehirns in ungefähr 5 min zu ermöglichen. Die diagnostische Bedeutung des dualCEST Ansatzes soll anschließend mittels zweier unabhängiger Pilotstudien mit Gehirntumor- und Alzheimer-Patienten untersucht werden. Es wird erwartet, dass der dualCEST Kontrast die Detektion zusätzlicher Information zur Identifikation von Tumoren auf einer molekularen Ebene ermöglicht. In Bezug auf Alzheimer würde ein diagnostisches Mittel ohne Strahlenexposition regelmäßige Untersuchungen erlauben, wodurch eine verbesserte Patientenversorgung möglich wäre. Parallel dazu soll ein bereits bestehendes Zellmodell mit einer genetischen Modifikation verwendet werden, um die Möglichkeit des dualCEST Ansatzes zu verifizieren proteomische Veränderungen auf einem physiologisch relevanten Maßstab darzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Steffen Görke, bis 12/2021