Wissenschaft, die neues Wissen schafft: Fernseh-Interview mit Freiburgs "kleinen Einsteins" zu ihrem Hyperpolarisierungs-Clou.

Freiburgs kleine Einsteins finden Clou zur Hyperpolarisierung von Molekülen (Bild: wese)

Physikalischer Tanz mit "Sambadena" am Universitätsklinikum Freiburg? Der Clou für die Expression des Unsichtbaren? Schafften es diese Physiker, Moleküle direkt im MRT zu polarisieren, um zu erkennen, ob sie im gleichen Rhythmus marschieren und sie "Samba" oder "Wiener Walzer" tanzen?

Einer Forschergruppe unter dem Freiburger Einstein-Professor Jürgen Hennig gelang jüngst am Klinikum der Universität Freiburg ein sensationelles Experiment mit der Hyperpolarisierung von Kontrastmittel-Molekülen für die Magnetresonanz. Bisher wurde nämlich für die Hyperpolarisierung ein spezieller "Polarisator" benötigt (Anschaffungskosten bis zu 2,5 Millionen Euro). Mit dem neuen Verfahren ist dies nicht mehr der Fall. Der Clou der Physiker könnte künftig - durch die erreichte Signalverstärkung - dem MRT in Echtzeit ein besseres "Image" der Krankheiten liefern.

„Mit dem von uns SAMBADENA genannten Verfahren können wir Kontrastmittel für die Hyperpolarisations-MRT viel billiger, einfacher und schneller herstellen als bisher“, sagte Projektleiter PD Dr. Jan-Bernd Hövener, Forschungsgruppenleiter des „Emmy Noether-Programms“ für freie Wissenschaftler in der Medizinphysik.

Die Magnetresonanztomographie arbeitet mit einem Schnittbildleser, mit dem Zellstrukturen dargestellt werden können. In einem künstlichen Magnetfeld werden die magnetischen Momente von Wasserstoffatomen im Körpergewebe ausgerichtet, durch Radiofrequenzwellen angeregt und ihre Spinpolarisation vermessen. Die sogenannte „Hyperpolarisierung“ der Kontrastmittel-Moleküle bewirkt, dass sich ein weit größerer Anteil von Atomen magnetisch ausrichtet. Bisherige Versuche waren stets mit dem Problem behaftet, dass für die Hyperpolarisierung der Kontrastmittel ein extra Gerät gebraucht wurde, das oft mit hohen Anschaffungs- und Betriebskosten verknüpft war. Das stellte ein extremes Hindernis für die Erforschung und Anwendung der Hyperpolarisierung dar.

Diplom-Physiker und Doktorand Andreas Schmidt sagt als Erstautor der wissenschaftlichen Erstveröffentlichung: „Zum ersten Mal ist es uns nun möglich, die Injektionmoleküle innerhalb weniger Sekunden, direkt am Einsatzort (im MRT-Gerät selbst) zu hyperpolarisieren. Unser Ausgangsprodukt sind die Moleküle. Diese verändern wir über eine homogenkatalytische Hydrierung mit Parawasserstoff. Anschließend strahlen wir elektomagnetische Wellen mit ganz bestimmten Frequenzen, Amplituden und Dauern ein. Dadurch verändert das Molekül nun seine physikalischen Eigenschaften so, dass es vom MRT besser gesehen wird. Nach der Injektion der Moleküle in einen Organismus empfangen wir - durch diese Vorbehandlung - Signal von den Orten im Körper in denen sich die Moleküle bewegen. Wir erhalten also einen Kontrast zwischen Stellen an denen die Moleküle verkehren und den Positionen, wo sie sich nicht aufhalten. Wir arbeiten nun daran, unsere Methode auf Moleküle anzuwenden, die mit krankhaft veränderten Zellen, wie Tumoren und Metastasen, wechselwirken. Mit anderen Hyperpolarisierungs-Verfahren haben Wissenschaftler bereits gezeigt, dass dadurch krankes von gesundem Gewebe unterschieden und wertvolle Informationen über veränderten Stoffwechsel gewonnen werden können“.

Die Forscher hoffen nun, dass die SAMBADENA-Methode rasch weiterentwickelt und für die Untersuchung von Krankheiten und deren Bildgebung genutzt werden kann.

Über den Erfolg der Freiburger Wissenschaftler für die Bildgebung im MRT-Schnittleser berichtete am 5.3.2017 (in einer sogenannten wissenschaftlichen Erstveröffentlichung) die angesehene globale englischsprachige Wissenschaftszeitschrift "Nature Communications".

Wir führten mit dem Forschungsdirektor Professor Jürgen Hennig, dem Gruppenleiter und Letztautor Dr. Jan-Bernd Hövener und den Doktoranden Andreas B. Schmidt (Erstautor) und Stephan Berner (Zweitautor) dieses Fernsehinterview.