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100 Sekunden statt 1100 Jahre

Bildgebende Verfahren: Durchbruch für neues Diagnose-Verfahren mit Xenon-Gas
100 Sekunden statt 1100 Jahre

Martin Kunth, Jörg Döpfert und Dr. Leif Schröder mit einem Modell des Xenon-Käfigs Bild: FMP
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Den Patienten durchleuchten und dabei gezielt krankheitsrelevante Moleküle und Zellen aufspüren – an dieser Vision arbeiten Forscher am Berliner Leibniz Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP). Nun ist ihnen ein entscheidender Durchbruch gelungen.

Der Blick ins Innere des Körpers hat die Medizin revolutioniert – viele Erkrankungen oder innere Verletzungen erkennen Ärzte heute dank moderner bildgebender Diagnostik, indem sie den menschlichen Körper mit Radiowellen oder radioaktiven Isotopen durchleuchten. Doch dieser Blick ist noch immer beschränkt: Im Kernspintomographen (MRT) kann man zwar hervorragend unterschiedliche Gewebearten sichtbar machen, aber wenig Feinheiten wie Zelltypen oder Stoffwechselprodukte in geringer Konzentration erkennen. Das gelingt besser mit der Positronenemissions-Tomographie (PET) mit Hilfe von radioaktiven Isotopen, doch hier ist die räumliche Auflösung geringer und die Diagnose ist mit Strahlenbelastung verbunden.

Die Vorteile beider Methoden könnte einmal ein ganz neues Verfahren vereinen, an deren Grundlagen derzeit am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) gearbeitet wird. Hier entwickelt der Physiker Leif Schröder mit seiner Arbeitsgruppe ein trickreiches Prozedere, das Ärzten einmal detailliertere Bilder als bislang bieten soll. Wie beim MRT nützt auch Leif Schröder den Kernspin von Atomkernen, die sich in sehr hohen Magnetfeldern entsprechend dem Magnetfeld ausrichten. Je nach chemischer Umgebung treten sie dann mit Radiowellen in Wechselwirkung, ein Computer kann aus den zurückgesandten Signalen ein Bild errechnen. Anders als beim herkömmlichen Verfahren messen die Forscher am FMP aber nicht die Resonanz von Wasserstoff-Atomen. Die sind im menschlichen Körper zwar allgegenwärtig, senden aber nur schwache Signale aus. Stattdessen reichern die Berliner die Proben mit „hyperpolarisiertem“ Xenon an, dessen Atomkerne in Summe weit stärkere Signale aussenden.
Die Vision geht dahin, dass Patienten einmal das ungiftige Edelgas einatmen werden, so dass es sich zunächst in der Lunge und über das Blut im Körper verteilt. Zugleich bekäme der Patient maßgeschneiderte Biosensoren injiziert, die sich je nach Fragestellung zum Beispiel an bestimmte Tumorzellen oder auch an Arteriosklerose-Plaques anheften könnten. Die Biosensoren fangen zugleich mittels einer besonderen Käfigstruktur die Xenonatome ein, und die gesuchten Moleküle oder Zellen werden so im Magnetfeld sichtbar.
Die am Projekt beteiligten Doktoranden Martin Kunth und Jörg Döpfert erläutern: „Während zuvor eine Messung noch über zwanzig Minuten dauerte, sind jetzt nur noch hundert Sekunden nötig.“ Selbst zeitaufgelöste „Filme“ sind laut Kunth nun machbar. „Bei konventioneller Detektion bräuchte man für eine einzelne Aufnahme 1100 Jahre“, erläutert Döpfert.
Mit ihrer Methode könnten in Zukunft die unterschiedlichen Zellentypen sichtbar gemacht werden, aus denen sich ein Tumor zusammensetzt. Der Blick ins Körperinnere – er könnte einmal sehr fein gezeichnet und zudem auch noch bunt werden.
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