Multi-Emissions-Radioisotopen-basierte Bildgebung für Meerestiere (MERMAID+)

• Antragstellerin: Professorin Magdalena Rafecas, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496099829

MERMAID+ zielt auf in-vivo-Radioisotopen-Bildgebung kleiner Wassertiere ab. Zu diesem Zweck wird ein dediziertes Proof-of-Concept (PoC) Gerät für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) für kleine Fische entwickelt. Darüber hinaus wird die Kombination mit weiteren Bildgebungskonzepten untersucht. Langfristig dient MERMAID+ der Erforschung nachhaltiger Aquakultur sowie biomedizinischer Anwendungen. Vor allem Zebrafische kommen zunehmend als Modelle für verschiedene Humanerkrankungen zum Einsatz, u.a. Diabetes und Arteriosklerose. Dank der Entwicklung von dedizierten PET-Scannern für Nagetiere und speziellen Radiotracern wurden bedeutende Fortschritte in der präklinischen und translationalen Forschung erzielt. Leider ist die funktionelle In-vivo-Bildgebung von Fischen immer noch sehr begrenzt. Während für durchsichtige Larven optische Methoden ausreichen können, sind für ausgewachsene Zebrafische und andere Arten andere Methoden erforderlich. Andererseits gestaltet sich die nukleare Bildgebung bei Fischen schwierig. MERMAID+ geht diese Herausforderung an. Vorarbeiten wurden im Rahmen vom Projekt "Multi-Emissions-Radioisotope - Marine Animal Imaging Device" (MERMAID) durchgeführt, unterstützt durch einen einjährigen EU-ATTRACT-Seed-Fond. Im Rahmen von MERMAID+ wird unser derzeitiger Prototyp mit 2 Modulen auf 16 Module aufgerüstet und ein CT-Gerät integriert. Kalibriert und charakterisiert wird mit dedizierten Phantomen. Eine spezielle Bildgebungskammer wird entwickelt, die Frischwasser- und Anästhesieversorgung sowie eine schonende Fischimmobilisierung umfasst. Im Hinblick auf die mögliche Verwendung von PET-Tracern mit komplexen Zerfallsmustern wird die Kombination von PET mit einer Compton-Kamera (CC) mittels Monte-Carlo-Simulationen untersucht. Der Einsatz von CC sollte die Effizienz deutlich erhöhen und ein hohes Maß an geometrischer Flexibilität und ergänzender tomographischer Information garantieren. Um dieses einzigartige hybride Detektionskonzept auszunutzen, werden wir eine neuartige Bildrekonstruktionssoftware entwickeln, die darauf abzielt, PET- und CC-Daten gemeinsam zu rekonstruieren. Dieser neue Ansatz würde dedizierte und aufeinander abgestimmte Modelle des radioaktiven Zerfalls und der Detektionsprozesse für die beiden Modalitäten erfordern. Es werden Phantome simuliert, um die Auswirkungen verschiedener Radioisotope, Konfigurationen und Rekonstruktionsansätze auf das Bild zu untersuchen. MERMAID+ enthält hochinnovative Forschungsaktivitäten: PoC-System, Abbildungskammer, Algorithmen sowie die avisierten Anwendungen. Das Projekt ist für alle Forschungsbereiche von Interesse, die sich mit der Physiologie und Pathologie von Fischen befassen. Die zu entwickelnden Methoden sind auch relevant für andere Bereiche: Software und Modelle lassen sich auf andere Anwendungen und Bildgebungskonfigurationen übertragen. Außerdem wird die Fischkammer für andere Bildgebungsmodalitäten und kommerzielle Scanner von Nutzen sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen