Designer-Magnetscheibenpartikel für Magnetpartikelbildgebung und Hyperthermie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Gräser
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572231021

Die frühzeitige Erkennung und Darstellung der Tumorform für geführte chirurgische Eingriffe oder lokalisierte Therapien sind für ein erfolgreiches Behandlungsergebnis unerlässlich. Die Magnetpartikelbildgebung (MPI) ist eine relativ neue, hintergrundfreie Bildgebungsmodalität mit bemerkenswertem Potenzial, einschließlich der funktionellen Bildgebung mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Die derzeit weit verbreiteten chemisch synthetisierten Magnetpartikel schränken jedoch nicht nur die MPI-Leistung ein, sondern auch den Erfolg von Hyperthermie-Behandlungen von Tumoren auf der Grundlage von Nanopartikeln. Wir werden magnetische Scheibenpartikel (MDPs) mit leistungsoptimierten Eigenschaften herstellen, indem wir einen Herstellungsweg nutzen, der eine freie Wahl des Materials und der Zusammensetzung sowie eine genaue Kontrolle der Partikelgeometrie und -architektur ermöglicht. Insbesondere werden wir uns auf die Sputterabscheidung von magnetischen Mehrschichtsystemen stützen und diese zu MDPs strukturieren, die vom Substrat abgelöst und biochemisch funktionalisiert werden können. Unter Einbeziehung unserer Kompetenzen in der biochemischen Partikelfunktionalisierung und MPI werden wir MDPs entwerfen, herstellen und funktionalisieren, um eine Leistung zu erreichen, die nur durch die Physik der Materialsysteme begrenzt ist. Unser Ziel ist es, die Empfindlichkeit und die räumliche Auflösung für MPI und lokalisierte Hyperthermie (MHT) um eine Größenordnung zu verbessern. Diese Größenordnung führt zu einer besseren Empfindlichkeit und Auflösung in bestehenden Hochgradientensystemen oder zu einer Verringerung der Anforderungen an die Instrumentierung und damit zu einer Senkung der Kosten. MDP-Systeme mit unterschiedlichen magnetischen Schalteigenschaften werden einen Unterschied in der magnetischen Antwort zeigen, was die Unterscheidbarkeit in der Multikontrast-MPI verbessert. Zusätzlich zu den verbesserten MPI Bildgebungseigenschaften werden MDPs auch so konstruiert, dass sie viel höhere spezifische Wärmeverluste aufweisen, was die Behandlung kleinerer Tumore oder lokalisierte und temperaturgesteuerte MPI-überwachte Hyperthermieanwendungen ermöglicht. Wir wollen diese überlegene Leistung im Vergleich zu bestehenden magnetischen Nanopartikel-Tracern in ersten Proof-of- Concept-Experimenten zur Bildgebung und Hyperthermie nachweisen. Insgesamt wird die Entwicklung und Herstellung solcher MDPs einen großen Sprung in der Leistung von MPI-Kontrastmitteln darstellen und eine Bewertung der Technologie ermöglichen, die für eine zukünftige Vergrößerung der derzeitigen MPI-Scanner auf die menschliche Größe erforderlich ist. Die entwickelten MDP-Systeme bieten neue Wege für die 3D-MPI-Bildgebung, die potenziell auf Objekte in menschlicher Größe skaliert werden kann. Darüber hinaus eröffnet sie eine Steigerung der Empfindlichkeit und der räumlichen Auflösung um Größenordnungen für lokalisierte, temperaturgesteuerte Hyperthermie-Tumorbehandlungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, Polen, Schweiz
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF); Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Inge Herrmann; Professor Dr. Hans Josef Hug; Professor Dr. Michal Krupinski; Professor Dr. Dieter Suess