Medizinische Physik

Neue Techniken und Anwendungen der MRT

In welchem Maße die Bedeutung der Magnetresonanztomografie (MRT) für die molekulare Bildgebung wächst, zeigen aktuelle Erkenntnisse zur Hyperpolarisation in der MRT - einem physikalischen Effekt, mit dem auch in schwachen Magnetfeldern ein stärkeres MRT-Signal erzeugt werden kann.

 

Medizinische Physik

Plakat des Kongresses (Ausschnitt) | DGMP/ISMRM

Unter dem Vorsitz von Prof. Axel Haase und Dr. Franz Schilling, München, werden auf dem Kongress zur Medizinischen Physik vom 19. bis 22. September in Nürnberg verschiedene Techniken und Anwendungen der Hyperpolarisation sowie aktuelle Entwicklungen vorgestellt: „Die inspirierende und innovative Technologie der Hyperpolarisation erlaubt es, Stoffwechselprozesse im lebenden Organismus in Echtzeit zu verfolgen und ermöglicht die Detektion von Molekülen mit bisher unerreichter Sensitivität. Hyperpolarisationstechniken können dazu verwendet werden, das Signal der in der Magnetresonanztomografie gemessenen Kernspins um bis zu 5 Größenordnungen zu verstärken. Dabei kommen verschiedene Methoden, wie zum Beispiel optisches Pumpen, Polarisationstransfer mittels Parawasserstoff oder dynamische Kernpolarisation, zum Einsatz.“  

Biomedizinische Technik

Biomedizinische Technik und Medizinische Physik sind unter anderem eng verzahnt auf den Gebieten der Bildgebung, der Audiologie und der bild- und robotergestützten Therapieverfahren. Mit diesen Themen beschäftigt sich die gemeinsame Jahrestagung der Fachgesellschaften.

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Neue Erkenntnisse zur „Hyperpolarisation mittels Parawasserstoff (PHIP & SABRE)“ werden von Dr. Markus Plaumann, Magdeburg vorgestellt. Sowohl die Spektroskopie als auch die Bildgebung profitieren von der Signalerhöhung der Kernspinhyperpolarisation mit Parawasserstoff (Kernspinisomer des molekularen Wasserstoffs) mit Signalverstärkungen. Neben der Hyperpolarisation von Wasserstoffkernen ermöglicht die Parawasserstoff-induzierte Hyperpolarisation (PHIP) Signalverstärkungen von Heterokernen.

Derzeit besitzen zwei Verfahren das höchste Potenzial für In-vivo-Anwendungen: Standard-PHIP (ALTADENA und PASADENA), bei der Parawasserstoff in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators auf das Zielsubstrat übertragen wird, und SABRE-Technik (Signal amplification by reversible exchange), die eine Hyperpolarisation ohne Hydrierung des Zielsubstrats erlaubt und daher den Vorteil einer wiederholbaren Generierung von Signalverstärkungen besitzt. Neben der Art des Katalysators und der Wahl des Lösungsmittels ist für beide Verfahren die verwendete Pulssequenz sowie die Stärke des vorliegenden Magnetfelds von großer Bedeutung.

„Hyperpolarisierte Edelgase und funktionalisierte Biosensoren“

„PHIP bietet in Bezug auf die biomedizinische Anwendung ein hohes Potenzial. In relativ kurzer Zeit können entsprechende hyperpolarisierte Verbindungen zu vergleichsweise niedrigen Preisen generiert werden. Verschiedene HP-Kontrastmittel wurden bereits in In-vivo-Studien eingesetzt“, so Dr. Markus Plaumann. Das Potenzial der Hyperpolarisation von Kernen mit langen Relaxationszeiten wird in den Ergebnissen zahlreicher Arbeiten gezeigt, zum Beispiel wurde 13C-hyperpolarisiertes Succinat erfolgreich in Tiermodellstudien detektiert.“

Um „Hyperpolarisierte Edelgase und funktionalisierte Biosensoren“ geht es im Vortrag von Dr. Leif Schröder, Berlin. Reversibel gebundenes Xenon für molekulare Diagnostik lässt sich in Kombination mit Wirtsmolekülen durch die HyperCEST-Methode (Chemical Exchange Saturation Transfer mit hyperpolarisierten Kernen) mit vormals nicht zugänglicher Sensitivität in der NMR und MRT detektieren. In der letzten Zeit hat sich der Einsatzbereich von funktionalisiertem Xenon über das klassische CEST-Prinzip hinaus erweitert. Nano- bis pikomolare Konzentrationen lassen sich in neueren Messungen mittels HyperCEST für MR-Bildgebung und -Spektroskopie nachweisen.