Hyperpolarisierende Mittel für freie Radikale für die Ultra-Niederfeld-Overhauser-MRT

• Antragsteller: Dr. Kai Buckenmaier; Professor Andre Martins, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Radiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527345502

Die Overhauser-verstärkte Magnetresonanztomographie (OMRI) ist eine Visualisierungsmethode, die den durch Hochfrequenz (HF) initiierten Polarisationstransfer von ungepaarten Elektronen freier Radikale auf Kerne (d. h. benachbarte Protonen) - die dynamische Kernpolarisation nach Overhauser (ODNP) - in situ nutzt. Durch die ODNP kann das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) von OMRI um zwei Größenordnungen verstärkt werden. Diese Verstärkung hängt von der Konzentration der freien Radikale ab; daher spiegelt OMRI die Verteilung exogener Radikale im Gewebe und Änderungen der Spektralparameter des Radikals wider und liefert wesentliche funktionelle Informationen über die Physiologie, die Sauerstoffkonzentration, die reaktive Sauerstoffspezies (ROS) Produktion und die enzymatische Aktivität. Ischämisches Gewebe und Tumore weisen häufig erhebliche Veränderungen des Redoxstatus und der ROS Produktion auf. Aus diesem Grund wird OMRI derzeit als potenziell wertvolle Technologie zur funktionellen Bildgebung in der Onkologie viel Aufmerksamkeit zuteil. In vivo ist OMRI jedoch begrenzt, da das für die Anregung der Elektronenspins erforderliche HF-Feld bei einem hohen Magnetfeld vom Gewebe stark absorbiert wird und nicht tief genug in das Gewebe eindringen kann. Im Gegensatz dazu überwinden Niederfeld MR Systeme, deren Entwicklung gerade rasant voranschreitet und die vielleicht bald für die medizinische Diagnostik im Alltag verwendet werden, dieses Problem. Deshalb ist die Entwicklung biokompatibler hyperpolarisierender Kontrastmittel mit freien Radikalen (HCA) für eine effiziente ODNP Hyperpolarisierung der umgebenden Protonen unerlässlich geworden. Ein Vorteil der HCAs besteht darin, dass der Hyperpolarisationsprozess innerhalb des Probanden stattfinden kann, was lang andauernde MRT-Experimente ermöglicht. Diese Kontrastmittel müssen jedoch so optimiert werden, dass sie eine hohe Overhauser-Verstärkung (>100) bei geringer Leistung der hochfrequenten Felder, hohe Stabilität und keine Toxizität in vivo aufweisen. Das WSIC und das US Team verfügen über große Erfahrung in der Entwicklung von ODNP-Radikalen, einschließlich isotopenangereicherter, bioreduktionsbeständiger, biologisch abbaubarer und makromolekularer beeinflussbarer Radikale auf Nitroxidbasis (WP1). Diese HCAs werden auf ihre ODNP-Wirksamkeit und ihr Ansprechen auf physiologische Biomarker (Redox und Säuregehalt) in einem Prototyp ULF-MRI-System (WP2) charakterisiert und auf Biokompatibilität und Toxizität (WP3) getestet. Schließlich werden die besten HCAs für in vivo OMRI Experimente verwendet (WP4). Der erfolgreiche Abschluss dieses Vorschlags wird es ermöglichen, spezifischere Fragen im Bereich der Onkologie anzugehen, um den Wert der ULF-MRT für die aktive und funktionelle Diagnose von Tumoren zu präsentieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen