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12.12.2018

Forschung: Empfindlichere MRT-Diagnostik dank neuartiger „elastischer“ Kontrastmittel

Möglichst wenig Kontrastmittel bei möglichst hoher Aussagekraft, ist ein Ziel der verbesserten Diagnostik mit Hilfe der Magnetresonanz-Tomografie (MRT). Forscher ist es nun gelungen, diesem Ziel näher zu kommen.

Forscher vom Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) haben einen neuen Weg gefunden, in der Magnetresonanz-Tomografie (MRT) qualitativ hochwertige Bilder zu gewinnen. Dabei wird viel weniger Kontrastmittel benötigt als heutzutage üblich. Möglich macht dies der Einsatz einer „elastischen“ Proteinstruktur, die gelöstes Xenon selbstregulierend aufnehmen kann: Je mehr dieses Edelgases zur Bildgebung eingesetzt wird, umso besser ist die Qualität der Aufnahme, ohne dass wie sonst die Menge des eingesetzten Kontrastmittels angepasst werden müsste.

Die Magnetresonanz-Tomographie (MRT) ist heutzutage eine unverzichtbare Methode, um Krankheiten zu diagnostizieren und Therapieverläufe zu überwachen. Sie erzeugt Schnittbilder des menschlichen Körpers, ohne schädigende Strahlung zu benutzen. Dabei werden typischerweise die Wasser-Moleküle des Gewebes einem starken Magnetfeld ausgesetzt. Allerdings ist die MRT sehr unempfindlich und braucht eine hohe Konzentration an Molekülen, um ein verwertbares Signal aufzunehmen. Zur Verbesserung der Diagnostik werden oft Kontrastmittel eingesetzt, um bestimmte Veränderungen wie etwa Tumoren deutlicher aufspüren zu können. Doch auch durch diese Kontrastmittel lässt sich die Empfindlichkeit der MRT nicht wesentlich steigern, und viele aus der Zellbiologie bekannte Marker können in der Bildgebung nicht aufgespürt werden.

Zudem wird über die Sicherheit bestimmter Kontrastmittel, die das Element Gadolinium enthalten, aktuell zunehmend diskutiert. „Wir brauchen neue, verbesserte Verfahren, bei denen möglichst wenig Kontrastmittel möglichst viel der Signal-gebenden Substanz – das ist typischerweise Wasser – beeinflusst“, sagt FMP-Forscher Dr. Leif Schröder. Ihm und seinem Team ist dabei jetzt ein wichtiger Durchbruch gelungen.

Die Forscher arbeiten seit einiger Zeit daran, Kontrastmittel basierend auf dem harmlosen Edelgas Xenon zu entwickeln, das in hohle Proteinstrukturen eingeleitet wird. Letztere dienen als eine Art Vehikel (Gas-Vesikel). In der im Fachjournal „ACS Nano“ veröffentlichten Studie beschreiben beide Gruppen nun, dass diese Vesikel ein ideales Kontrastmittel sind: Sie können ihren Einfluss auf das gemessene Xenon „elastisch“ anpassen. „Die Proteinstrukturen weisen eine poröse Wandstruktur auf, durch die das Xenon ein- und ausströmen kann. Dabei nehmen die Gas-Vesikel im Gegensatz zu herkömmlichen Kontrastmitteln stets einen festen Anteil des Xenons auf, das in der Umgebung bereitgestellt wird, also auch größere Mengen“, berichtet Dr. Leif Schröder. Dadurch, dass viel mehr Xenon in die Vesikel hineinpasst als bei herkömmlichen Kontrastmitteln, können die Xenon-Atome anschließend – wenn sie wieder hinausgeströmt sind und ein verändertes Signal aufweisen – auch viel besser ausgelesen werden. So wird der Bildkontrast gegenüber dem Hintergrundrauschen um ein Vielfaches besser, die Qualität der Aufnahme steigert sich deutlich. Diese Kontrastmittel lassen sich deshalb auch zur Sichtbarmachung von Krankheitsmarkern einsetzen, die in verhältnismäßig geringen Konzentrationen vorkommen.

Im weiteren Verlauf der Kooperation wollen die beiden Gruppen diese Kontrastmittel in ersten Tierstudien testen. Das neu entdeckte Verhalten wird dabei ein entscheidender Vorteil sein, um diese sehr sensitiven Kontrastmittel auch im lebenden Gewebe einzusetzen. Dr. Leif Schröder und sein Team konnten erste MRT-Aufnahmen mit Partikel-Konzentrationen durchführen, die eine Million Mal geringer ist als die von aktuell üblichen Kontrastmitteln.

Quelle und weitere Informationen: Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP)