Verbundprojekt DiaPol

Mit Diamant die Krebsdiagnostik revolutionieren

Mit Diamanten auf der Nanometerskala soll Tumorgewebe in Zukunft schneller erkannt und besser vom gesunden Nachbargewebe abgegrenzt werden können. Extrem genaue und schnell verfügbare Resultate sollen es möglich machen, die Behandlung von Tumorgewebe wesentlich effizienter auf den Patienten abzustimmen.

Verbundprojektes »DiaPol«

Das Fraunhofer IAF ist Konsortialkoordinator des Verbundprojektes »DiaPol«. Ein neuartiges MRT-Verfahren soll dabei mit einem Polarisator aus Nanodiamanten ausgestattet werden | romaset, Fotolia.com

Es ist die Unsicherheit, die Angst macht: Krebs. Nach einem Bericht des Robert Koch-Instituts aus dem Jahr 2016 hat sich die absolute Zahl der Neuerkrankungen seit Anfang der 1970er Jahre in Deutschland fast verdoppelt. Zeit ist ein entscheidender Faktor – denn eine frühzeitige und exakte Diagnose kann Leben retten. In den vergangenen Jahrzehnten wurden die Verfahren, mit denen verdächtige Gewebestellen im Körper erkannt werden können, immer genauer. Für Patienten besonders schonend und dabei effizient ist die Magnetresonanztomographie, da sie ohne schädliche Chemikalien oder radioaktive Substanzen auskommt und dreidimensionale, detailreiche Schnittbilder von menschlichem Gewebe liefert.

10 000-fach empfindlicher durch diamantbasierte Polarisatoren

Um dieses Ziel zu erreichen, haben sich das Fraunhofer IAF, die Universität Ulm, die Firma NVision Imaging Technologies GmbH, die Hebrew University of Jerusalem und das Israeli Center for Advanced Diamond Technologies (ICDAT) in dem Verbundprojekt "DiaPol" zusammengeschlossen. Für das neuartige MRT-Verfahren erweitern die Forscher das klassische Vorgehen mit einem Polarisator aus Nanodiamanten. Für den Polarisator spielen die eingebauten Stickstoff-Fehlstellen-Zentren eine wichtige Rolle: Die Elektronenspins in diesen Zentren erzeugen Magnetfelder, die auf andere Kernspins übertragen werden können und diese somit ausrichten (polarisieren). Dadurch werden die Nanodiamanten oder externen Moleküle hyperpolarisiert. Sie können anschließend vor der MRT-Untersuchung in den Menschen injiziert werden und so die Empfindlichkeit der Bildgebung deutlich steigern.

Kryoablation

Schneller und noch präziser als zuvor ist die neue Gerätegeneration für die Behandlung von Tumoren mittels Kryotherapie am Universitätsklinikum Marburg. Das Verfahren der Vereisung von Tumoren kann für beinahe jede Körperregion angewendet werden.

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Stadium der Krebszellen erkennbar?

Als Experte auf dem Gebiet der Diamant-Nanotechnologie ist das Fraunhofer IAF an dieser Stelle in das Projekt involviert. „Unsere Aufgabe besteht darin, den Diamanten auf der Nanoskala zu optimieren und die Stickstoff-Fehlstellen-Zentren einzubauen“, erklärt Dr. Verena Zürbig vom Fraunhofer IAF. Die Projektkoordinatorin und Gruppenleiterin für „Diamant“ ist überzeugt: „Die Polarisatoren mit den Diamanten werden die Empfindlichkeit des MRT gegenüber dem herkömmlichen Vorgehen deutlich steigern.“ Die Firma NVision sieht in dem neuartigen Verfahren eine große Chance: „Es kann möglich werden, den Krebs nicht nur frühzeitig zu diagnostizieren, sondern zudem das Stadium der Krebszellen zu erkennen.“

Hyperpolarisation bei Raumtemperatur

Das Material Diamant hat dabei unschlagbare Vorteile: Die Hyperpolarisation unter Nutzung von Diamanten findet bei Raumtemperatur statt und ermöglicht somit eine viel schnellere und kostengünstigere Methode im Vergleich zur Herstellung mit den bisherigen Techniken, die bei tiefen Temperaturen stattfinden. Ein Teilziel des DiaPol-Projektes ist der Bau von extrem kleinen, flexiblen und mobilen Diamant-Polarisatoren. Diese Neuerung soll für sehr schnelle Auswertungszeiten sorgen und somit die Wartezeit für Patienten auf ihre Ergebnisse von mehreren Wochen auf wenige Tage verkürzen. Stück für Stück soll mit den genaueren Messergebnissen und der damit besseren Behandlung der Patienten die Unsicherheit, die bei der Krankheit für Ängste sorgt, abgebaut werden.

Begriffe kurz erklärt:

Polarisation: Erhöht die Kernmagnetisierung und damit die Intensität des Signals bei einem MRT.

Hyperpolarisation: Die geordnete Ausrichtung von Spins weit über das thermische Gleichgewicht hinaus.

Quelle: idw/Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF