Parawasserstoff-basierte Hyperpolarisation zur Erforschung der molekularen Niederfeld MRT (PHOENIX)

• Antragsteller: Dr. Kai Buckenmaier; Professor Andre Martins, Ph.D.; Dr. Andreas Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Radiologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576441817

Die Hyperpolarisation hat das Potenzial, die metabolische Bildgebung zu revolutionieren, indem sie in vivo Einblicke in die Stoffwechselwege gewährt und damit den Weg für zahlreiche klinische Studien ebnet. Unter den bestehenden Techniken hat sich die Dynamic Nuclear Polarization (DNP) als die erfolgreichste Methode zur Erzeugung hyperpolarisierter Stoffwechselbilder erwiesen. Ihre Verbreitung ist jedoch aufgrund der hohen Kosten und des geringen Durchsatzes der Technologie begrenzt. Weltweit gibt es nur wenige Zentren, die für die DNP-basierte Bildgebung ausgerüstet sind, was sie für die radiologische Routinepraxis ungeeignet macht. Ein neues vielversprechendes Verfahren ist die Ultralow-Field (ULF) MRT, die aufgrund ihrer geringen Kosten und ihrer kompakten Bauweise eine Demokratisierung der MRT bewirken könnte. Die Erzielung eines ausreichenden Kontrasts, um mit der konventionellen Hochfeld-MRT konkurrieren zu können, bleibt jedoch eine Herausforderung. In diesem Antrag versuchen wir, über die Kombination der ULF-Bildgebung mit Hyperpolarisationstechniken, wobei wir uns besonders auf die Technik Signal Amplification By Reversible Exchange (SABRE) konzentrieren, den Kontrast zu erhöhen. Das für diesen Antrag ausgewählte Team hat gezeigt, dass durch den Einsatz der Parawasserstoff-gestützten SABRE Hyperpolarisation eine hohe Polarisation von Schlüsselmetaboliten im ULF Bereich erreicht werden kann. Darüber hinaus hat das Team eine ULF-Plattform entwickelt, die in der Lage ist, hyperpolarisierte Signale von verschiedenen markierten Metaboliten (z. B. 13C, 15N) genau zu verfolgen und diese Methoden erfolgreich in vivo anzuwenden. Bislang gibt es keine Berichte über mit Parawasserstoff hyperpolarisierte Metaboliten, die bei der ULF MRT eingesetzt werden können, was dieses Projekt besonders bahnbrechend macht. Unsere Arbeit wird sich zunächst auf hyperpolarisiertes [1-13C]Pyruvat konzentrieren, um die ULF-Stoffwechsel-Bildgebung zu demonstrieren, wobei geplant ist, diese Forschung auf Gliom-Modelle auszuweiten, um den veränderten Krebsstoffwechsel zu untersuchen. Darüber hinaus wird die Optimierung der Hyperpolarisation für andere Substrate, wie [1,2-13C2]Pyruvat im Singlet State, das Potenzial für die metabolische Bildgebung in der Onkologie mittels ULF-MRT weiter ausbauen. Die erfolgreiche Demonstration dieser Experimente wird neue Möglichkeiten für die Bildgebung des Stoffwechsels im ULF-Regime eröffnen, wobei Vorteile wie niedrige Kosten, leichte Geräte und offene Systeme genutzt werden können. Dies könnte die Zugänglichkeit und Anwendung von Metabolic-Imaging-Technologien sowohl in der Forschung als auch im klinischen Umfeld erheblich erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen