Parawasserstoff-induzierte Hyperpolarisation von 13C-markierten Ketocarbonsäuren für medizinische Anwendungen: Synthese, Polarisationsübertragung, 13C-MRT

• Antragsteller: Professor Dr. Rainer Herges; Andrey Pravdivtsev, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527469039

Die wohl wichtigsten 3D-Bildgebungsmodalitäten in der Medizin sind MRT und CT. Die MRT gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie ohne ionisierende Strahlung auskommt und die Visualisierung über die anatomische oder strukturelle Bildgebung hinaus ermöglicht. Anomalien in Stoffwechselprozessen sind oft zuverlässige Indikatoren für Krankheiten in sehr frühen Krankheitsstadien, bevor anatomische Veränderungen (z. B. Tumore) in der strukturellen Bildgebung sichtbar werden. Die MRT ist jedoch notorisch unempfindlich, und die Stoffwechselbildgebung erfordert ein noch höheres Signal-Rausch-Verhältnis als die rein anatomische Bildgebung. Die Hyperpolarisierung ist bisher wahrscheinlich der vielversprechendste Ansatz, um die Empfindlichkeit von NMR und MRT auf ein Niveau zu erhöhen, auf dem Zwischenprodukte in Stoffwechselwegen nachgewiesen und ihre Konzentration mit räumlicher Auflösung sichtbar gemacht werden können. Unter einer Fülle von Biomarkern sind α-Ketocarbonsäuren Schlüsselmoleküle, da sie Zwischenprodukte in Energiestoffwechselwegen wie dem Zitronensäurezyklus und der Glykolyse sind. Insbesondere die Umwandlung von Pyruvat in Laktat ist bekanntlich ein wichtiger Indikator für Krebs im Frühstadium (Warburg-Effekt). Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, die wissenschaftliche und technologische Grundlage für die molekulare und metabolische In-vivo-Bildgebung mittels MRT unter Verwendung der so genannten Parawasserstoff-induzierten Polarisationsmethode (PHIP) zu schaffen. Zu diesem Zweck werden wir eine kosteneffiziente Synthese von 13C- und 2H-markierten Vinylestern von Pyruvat und anderen Derivaten von α-Ketocarbonsäuren als Vorstufen für PHIP entwickeln (Ziel 1) und wir werden Hardware und PHIP-Experimente in intermediären Magnetfeldern für die skalierbare und bequeme Herstellung von Pyruvat und anderen α-Ketocarbonsäuren für die 13C-MRI entwerfen (Ziel 2). In-vivo-Experimente werden in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen unabhängig von diesem Projekt durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Jan-Bernd Hövener