Quantenbildgebung von lebendem Gewebe mit magnetischen Nanopartikeln - Ein neuer interdisziplinärer Ansatz

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Roland Nagy; Professorin Dr. Regine Schneider-Stock; Privatdozent Dr. Rainer Tietze
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507241320

Der Kampf gegen den Krebs ist eine der größten Herausforderungen für Ärzte, Onkologen und Wissenschaftler in unserem Jahrhundert. Das Hauptziel der Krebstherapie besteht darin, die Ausbreitung von Tumorzellen zu verhindern und damit den ersten Schritt in der Metastasierungskaskade. Etwa 90 % aller Krebstodesfälle können auf die Metastasierung zurückgeführt werden. Bei Darmkrebs beispielsweise liegt das 5-Jahres Überleben bei 71 %, wenn sich der Krebs auf umliegendes Gewebe ausgedehnt hat. Hat sich der Dickdarmkrebs auf entfernte Organe ausgebreitet, sinkt das 5-Jahres Überleben auf nur 14 %. Die Verfolgung einzelner Krebszellen in der Umgebung des Tumors würde helfen, diesen komplexen Prozess der Metastasierung besser zu verstehen. Den meisten traditionellen Invasionsmodellen fehlt die tumor-spezifische Umgebung und komplexe Tierversuche sind notwendig. Hier könnten Präzisionsgewebeschnitte mit ihrer gut erhaltenen multizellulären Histoarchitektur ein zuverlässiges und robustes ex vivo Modell darstellen. Dieses Modell erfüllt zudem auch die 3R Prinzipien, wonach Tierersuche wo immer möglich ersetzt, reduziert oder verbessert werden sollen. Die Eignung von Gewebeschnitten zur Analyse von Zellmigration ist an einem Lungenregenerationsmodell über Fluoreszenzmarkierte Zellen bereits gezeigt worden. Allerdings ist es bisher nicht möglich, die Bewegung einzelner Zellen in vivo und in Echtzeit über einen längeren Zeitraum zu verfolgen. Eine vielversprechende Lösung für das genannte Problem ist das relativ neue Forschungsgebiet der angewandten Quantensensorik. Das Forschungsfeld der Quantensensorik bietet im Vergleich zu klassischen Sensoren eine bessere Magnetfeldempfindlichkeit, keine Kalibrierungserfordernisse und einen großen dynamischen Magnetfeldbereich bei Raumtemperaturbedingungen. Darüber hinaus sind Quantensensoren wie das NV-Zentrum im Diamanten bereits sehr gut etabliert und können für Anwendungen als angewandter Quantensensor genutzt werden. Wir glauben daher, dass die Quantensensorik eine enorm wichtige Rolle in der Krebsforschung spielen kann. In unserem Forschungsprojekt wollen wir die herausragenden Eigenschaften des NV-Zentrums in Diamant als Quantensensor nutzen, um das invasive Einwandern von Krebszellen in die Darmgewebeschnitte zu verfolgen und zu analysieren wie ihre Interaktion mit Zellen aus der Tumorumgebung ihre Ausbreitung fördert oder hemmt. Hierzu wollen wir einzelne Krebszellen selektiv mit SPIONs markieren und die Tumorzellmigration im Gewebe mit dem NV-Zentrum verfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen