Metabolische Tomographie Seltener Nuklide - Ein neues Werkzeug für die Krebsdiagnose

• Antragsteller: Professor Dr. Marcel Utz
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554698523

Unser Hauptziel ist die Entwicklung fortschrittlicher Methoden zur Krebsdiagnose auf der Grundlage der Magnetresonanzspektroskopie (MRSI) mit erhöhter Sensitivität und Spezifität. Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein immens wichtiges Instrument in der medizinischen Diagnostik, da sie eine bequeme Möglichkeit bietet, hochauflösende Bilder von Weichgewebe ohne den Einsatz ionisierender Strahlung zu erhalten. Neben räumlichen Bildern liefert die MRSI auch chemische Informationen und kann daher über lokale, durch Krankheiten verursachte Stoffwechselveränderungen berichten. Die konventionelle MRT basiert auf Protonen, die aufgrund des Wasser- und Fettgehalts im Gewebe sehr häufig vorkommen. Dies macht die Erkennung von Metaboliten, die viel seltener vorkommen, äußerst schwierig. Stoffwechselkontrastmittel, die seltene Kerne enthalten (z. B. 2H- oder 13C-markierte Glukose), können jedoch hochspezifische Signale ihrer charakteristischen nachgelagerten Stoffwechselprodukte mit sehr geringem Hintergrund liefern. Dies ist für die Diagnostik und die Überwachung der Behandlung von großem Wert. Für die weitere Entwicklung und klinische Nutzung solcher Methoden müssen jedoch zwei separate Probleme angegangen werden: (i) Die Empfindlichkeit von MRSI gegenüber Signalen aus seltenen Kernen muss verbessert werden, und (ii) die Stoffwechselflüsse von Kontrastmitteln und ihren Stoffwechselprodukten in gesundem und erkranktem Gewebe müssen besser verstanden werden, um diagnostisch nützliche radiologische Protokolle auf der Grundlage von MRSI zu entwickeln. Die vorgeschlagene Zusammenarbeit zwischen zwei weltweit führenden Forschungsgruppen zielt auf beide dieser Herausforderungen ab, indem sie neuartige, hochoptimierte gepulste Methoden für MRSI mit jüngsten Durchbrüchen in der mikro-fluidischen NMR-Spektroskopie kombiniert. Brustkrebsmodelle auf der Grundlage von Sphäroidkulturen werden verwendet, um die Stoffwechselkinetik von Kontrastmitteln in einer kontrollierten und hoch reproduzierbaren Umgebung zu charakterisieren. Die daraus resultierenden Daten ermöglichen die Kalibrierung von In-vivo-MRSI-Methoden, die unter Verwendung von Maus-Xenograft-Krebsmodellen auf der Grundlage derselben Zelllinien entwickelt werden. Sowohl die mikro-fluidische NMR als auch die In-vivo-MRSI-Arbeit werden durch die Entwicklung neuartiger, kryogen gekühlter Sondenanordnungen unterstützt. Das Projekt vereint die fundierte Expertise der Utz-Gruppe am Karlsruher Institut für Technologie in Mikrostrukturtechnologie und Mikro-NMR-Spektroskopie mit dem weltweit führenden Know-how in der Magnetresonanzmethodik und insbesondere in MRSI-Methoden der Frydman-Forschungsgruppe am Weizmann Institute of Science. Die vorgeschlagene Arbeit wird einen bedeutenden Fortschritt in der Magnetresonanzspektroskopie-Bildgebung bringen und zu neuen und verbesserten Methoden zur Krebserkennung, -diagnose und -behandlungsüberwachung führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dr. Lucio Frydman