Leuchtende Herzen

  • 16. June 2015

Magnetic Particle Imaging ermöglicht dreidimensionale Bilder des Blutflusses im Herzen.

Einen Film vom Blutfluss im schlagenden Herzen zu drehen – die neue Technik des Magnetic Particle Imaging (MPI) macht es möglich. Das gänzlich neue Verfahren kann magnetische Eisenoxid-Nanopartikel mit hoher Empfindlichkeit und in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung im Körper nachweisen und so zum Beispiel Herz-Kreislauf-Probleme oder Tumore aufspüren helfen. An der Charité – Universitätsmedizin Berlin wurde jetzt ein in Deutschland entwickeltes MPI-Gerät eingeweiht, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen einer Großgeräteinitiative mit knapp vier Millionen Euro gefördert worden ist. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ist bei dem Projekt als Kooperationspartnerin beteiligt und sorgt für die messtechnische Charakterisierung der Nanopartikel.

Abb.: Lutz Trahms, Johanna Wanka, Bernd Hamm (verdeckt), Eva Braun, Steffen Krach, Matthias Taupitz, Joachim Ullrich (v. l.; Bild: PTB / M. Rust)

Abb.: Lutz Trahms, Johanna Wanka, Bernd Hamm (verdeckt), Eva Braun, Steffen Krach, Matthias Taupitz, Joachim Ullrich (v. l.; Bild: PTB / M. Rust)

Bundesforschungsministerin Johanna Wanka sagte in ihrem Grußwort: „Forschung führt zu neuen Diagnoseverfahren, die den Arzt unterstützen, Krankheiten schneller und eindeutiger zu erkennen. Wenn wir den menschlichen Körper besser verstehen, können wir auch eine wirkungsvollere Behandlung ermöglichen und den Patienten besser helfen.“

Schon jetzt lassen sich mit dem neuen Gerät dreidimensionale Filme des Blutflusses in schlagenden Mäuseherzen in Echtzeit generieren. Das Verfahren befindet sich in der experimentellen Erprobungsphase. Wenn es ausgereift ist, könnte es bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder auch bei Krebs schneller und empfindlicher als der Positronen-Emissions-Tomograf (PET) und die Magnetresonanztomografie (MRT) Bilder erzeugen, die zu diagnostischen Ergebnissen führen. Pathologische Veränderungen im Millimeterbereich würden dann sofort sichtbar gemacht.

Das Magnetic Particle Imaging (MPI) ist eine ausgeklügelte magnetische Messtechnik. Sie empfängt Signale von durch den menschlichen Körper wandernden Sonden: ungiftigen magnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln, die injiziert werden und im Blutkreislauf mitschwimmen. Diese magnetischen Tracer reagieren auf ein eingestrahltes äußeres Magnetfeld und funken ständig ihren Standort nach außen. Ihre relativ schwachen Signale werden vom MPI-Gerät hochgenau und in Echtzeit erfasst, sodass sich der Blutfluss wie in einem Film beobachten lässt.

Stauen sich die Tracer an einem Engpass am Herzen oder reichern sie sich in einem Tumor an, dann haben die Radiologen einen Hinweis auf eine ernste Erkrankung. „Vielleicht wird es schon in zehn Jahren möglich sein, gefährliche Arterienverengungen, Entzündungen, Degenerationen oder Tumore selbst bei diffusen Krankheitsbildern und Symptomen im Ganzkörperscan zu lokalisieren“, sagt Matthias Taupitz, Stellvertretender Direktor der Klinik für Radiologie am Campus Benjamin Franklin der Charité. Der Radiologe ist der Leiter der DFG-geförderten Klinischen Forschungsgruppe „Magnetische Eisenoxid-Nanopartikel für die Zelluläre und Molekulare MR-Bildgebung“. Darin arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in neun Teilprojekten schon seit 2008 an der Entwicklung dieser kleinen Teilchen, die neben dem Einsatz im MPI auch in der Magnetresonanztomografie als Kontrastmittel dienen können.

Von Anfang an mit dabei ist die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). Ihre Aufgabe ist die umfassende messtechnische Charakterisierung der neu entwickelten Eisenoxid-Nanopartikel. „Denn natürlich müssen wir ganz genau kennen, was da als Tracer eingesetzt wird. Das ist wichtig für eine quantitative Interpretation der MPI-Bilder“, erläutert Lutz Trahms, der Leiter des PTB-Fachbereichs „Biosignale“. Er und seine Kollegen nutzen dazu eine große Zahl unterschiedlicher Hightech-Messgeräte und verschiedene Messverfahren: Magnetsuszeptometrie, Magnetpartikelspektrometrie (MPS) sowie die in der PTB entwickelte Magnetrelaxometrie. Zudem entwickeln sie auf der Basis mathematischer Modelle Simulationsrechnungen, mit denen sie die experimentellen Untersuchungen vergleichen, um weitere grundlegende Erkenntnisse über die Nanopartikel und ihr Verhalten zu sammeln.

Pünktlich zur Einweihung des gemeinsamen Forschungslabors an der Charité auf dem Campus Virchow-Klinikum haben die Wissenschaftler der Charité ein MPI-taugliches Kontrastmittel parat, das nun in den nächsten Jahren gründlich getestet werden soll. Dabei wird natürlich auch die Erfahrung im Umgang mit dem neuen MPI-Verfahren wachsen. Aber schon jetzt sind sich alle Beteiligten einig: Mit der neuen Technik eröffnen sich faszinierende diagnostische Möglichkeiten.

PTB / DE

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