MRT: Container für Zweifarbigkeit

17. Oktober 2014
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Erstmals sind zweifarbige Aufnahmen mit neuen Kontrastmitteln im Kernspintomographen gelungen. Mit der verwendeten Technik lassen sich verschiedene Zellen unterschiedlich markieren. Das Verfahren erlaubt es beispielsweise, Tumoren genauer zu charakterisieren.

Bei der Lichtmikroskopie ist es eine Selbstverständlichkeit: Mit einer Vielzahl von Farbstoffen färbt man Proben ein, kann so verschiedene Zellstrukturen sichtbar machen oder gesundes von krankem Gewebe unterscheiden. Da Lichtstrahlen aber nicht weit in Gewebe eindringen, durchleuchten Ärzte ihre Patienten mit Radiowellen, wenn sie mit einem Kernspintomographen Aufnahmen machen. Der Nachteil dabei: Im Kernspin sieht man meist lediglich die Verteilung von Gewebswasser, besondere Zielstrukturen wie etwa kleine Mengen von Tumorzellen können die Ärzte nicht erkennen.

Das könnte sich einmal ändern, sollte sich die neue Technik der Xenon-Kernspintomographie durchsetzten, die derzeit von mehreren Arbeitsgruppen weltweit entwickelt wird. Der Gruppe um den Berliner Physiker Leif Schröder ist am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) nun in Zusammenarbeit mit Christian Freund von der FU Berlin ein wichtiger Schritt gelungen. Zum ersten Mal konnten die Berliner Wissenschaftler verschiedene Zelltypen so markieren, dass diese Radiowellen unterschiedlicher Frequenz aussenden. Ganz wie bei der Lichtmikroskopie generierten sie so Bilder, auf denen manche Zellen rot, andere grün leuchten.

Herkömmliche Kernspintomographen vermessen die Kerne von Wasserstoffatomen, die im menschlichen Körper zwar allgegenwärtig sind, aber nur sehr schwache Signale aussenden. Die neue, von Leif Schröder entwickelte Technik nutzt dagegen das Edelgas Xenon, das weit stärkere Signale aussendet, wenn man seine Atomkerne zuvor mittels Laserstrahlen in einen „hyperpolarisierten“ Zustand versetzt.

Molekulare Container

Für wirklich interessante Aufnahmen müsste man allerdings mit dem Edelgas besondere Zielstrukturen markieren – etwa krankhaft entartete Zellen oder auch Ablagerungen in den Arterien. Die Berliner Forscher haben dafür verschiedene molekulare „Container“ entwickelt, die das Xenon einfangen, und die sich wiederum leicht als Sonden im menschlichen Körper einsetzen lassen. Heftet sich ein solches Kontrastmittel an eine gesuchte Zelle im Körper, dann fischt es fortan Xenonatome aus der Umgebung, die von dort Radiowellen einer bestimmten Frequenz ausstrahlen. In der aktuellen Arbeit setzten die Berliner Forscher zwei unterschiedliche Container gleichzeitig ein, durch die das Xenon dann Radiowellen mit unterschiedlicher Frequenz aussendet – manche Zellen sahen im Bild dadurch grün, andere rot aus.

Die Möglichkeit eines Anfärbens von Zellen für mehrfarbige Kernspinaufnahmen wird schon länger propagiert, scheiterte aber bislang an der zu geringen Empfindlichkeit der Technik. „Wir haben durch unsere […] Entwicklungsarbeit die nötige Sensitivität erreicht und können nun verschiedene Kontrastmittel und Anwendungsmöglichkeiten testen“, sagt Leif Schröder. Eines der beiden in dem Versuch verwendeten Kontrastmittel ist bereits klinisch erprobt, da es auch bei Ultraschall-Diagnostik eingesetzt wird.

Vielseitige Anwendungsmöglichkeiten?

Für die neue Art der Kernspintomographie ist eine Vielzahl künftiger Anwendungsmöglichkeiten denkbar. Zum Beispiel ließen sich damit in den Körper transplantierte Zellen verfolgen oder Tumore lokalisieren und in ihrer zellulären Zusammensetzung darstellen. Auf diese Weise könnten die neuartigen Kernspin-Aufnahmen zu einer personalisierten Therapie beitragen.

Originalpublikation:

Multichannel MRI Labeling of Mammalian Cells by Switchable Nanocarriers for Hyperpolarized Xenon
Stefan Klippel et al.; Nano Letters, doi: 10.1021/nl502498w; 2014

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