Metabolische Bildgebung in klinischen Anwendungen mit hyperpolarisiertem [1-13C]Pyruvat

• Fachliche Zuordnung: Radiologie ; Endokrinologie, Diabetologie, Metabolismus ; Hämatologie, Onkologie ; Nephrologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553593000

Dieses Projekt zielt darauf ab, durch Hyperpolarisation die klinische Bildgebung in folgenden Bereiche zu verbessern: (a) [1-13C]Pyruvat wird zur Untersuchung des Stoffwechselwegen in Tumoren eingesetzt. Durch die Untersuchung einzigartiger Tumor-Stoffwechselprozesse wollen wir Erkenntnisse in Echtzeit gewinnen, die über die Grenzen der herkömmlichen PET-Bildgebung hinausgehen. Dank unserer weltweit anerkannten Expertise in der simultanen MR-PET, einer Datenbank mit 10.000 Patienten, die mit FET-PET untersucht wurden, und unserer erprobten AI-Methoden erwarten wir, dass [1-13C]Pyruvat HP-MRI entscheidende Erkenntnisse liefern wird. (b) Schlaganfall: hyperpolarisierte 13C-MRI könnte eine wichtige Rolle bei der Aufklärung der Entwicklung und Reaktion der ischämischen Penumbra spielen. Die Fähigkeit der HP-MRI, die Umwandlung von [1-13C]Pyruvat in [1-13C]Laktat schnell zu messen, soll zur Untersuchung der zerebralen Ischämie genutzt werden. Wir werden die Kinetik der Abgabe, Aufnahme und enzymatischen Umwandlung von [1-13C]Pyruvat bei ischämischen Schlaganfallpatienten charakterisieren, um klinische Erkenntnisse über das kritische Behandlungszeitfenster zu gewinnen. (c) Der Energiestoffwechsel des Gehirns, der mittels hyperpolarisierte 13C-MRT (HP-MRT) untersucht werden kann, ist von entscheidender Bedeutung für eine normale neuronale Funktion und spielt bei verschiedenen psychiatrischen Störungen eine Rolle. Veränderungen im Laktat-zu-Bikarbonat-Verhältnis können auf Verschiebungen zwischen aerobem und anaerobem Stoffwechsel hinweisen, die häufig bei Stimmungsstörungen beobachtet werden. Mit HP-MRI kann eine mitochondriale Dysfunktion, die für mehrere psychiatrische Erkrankungen typisch ist, nicht-invasiv beurteilt werden, indem der oxidative Stoffwechsel von [1-13C]Pyruvat zu Bikarbonat über den PDH-Komplex abgebildet wird. (d) Glukose ist das wichtigste Energiesubstrat für die synaptische Aktivität im Gehirn. Die Glukose-PET wurde zur Untersuchung regionaler Anomalien der Glukoseverwertung bei neurodegenerativen Erkrankungen eingesetzt. Wir werden HP-MRI einsetzen, um zu untersuchen, ob die Diagnose der Alzheimer-Krankheit, der frontotemporalen Demenz oder der Demenz mit Lewy-Körperchen mit hoher Sensitivität und Spezifität gestellt werden kann. (e) Außerhalb des Gehirns werden wir HP-MRI einsetzen, um Tumordifferenzierung, Aggressivität und Behandlungseffizienz in der Leber zu untersuchen, was zu einer personalisierten Behandlung auf der Grundlage von Stoffwechselsignaturen führt. (f) Die zunehmende Häufigkeit von Diabetes, Bluthochdruck und Fettleibigkeit trägt zu einer Zunahme der chronischen Nierenerkrankungen bei. Es gibt jedoch einen erheblichen Mangel an krankheitsspezifischen nicht-invasiven bildgebenden Biomarkern für Nierenerkrankungen. Unsere Forschung wird HP-MRI nutzen, um neue Biomarker zu identifizieren und Nierenkrankheiten zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: Headcoil ; Hyperpolariser ; Liver coil
• Antragstellende Institution: Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
• Beteiligte Institution: Forschungszentrum Jülich GmbH ; Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM) ; Physik der Medizinischen Bildgebung (INM-4)
• Leiter: Professor Nadim Jon Shah, Ph.D.