Ein interdisziplinäres Team von Forschern des Universitätsklinikums Freiburg, des Deutschen Konsortiums für Translationale Krebsforschung (DKTK) und weiterer Standorte hat einen wissenschaftlichen Durchbruch in der medizinischen Bildgebung erzielt.
Die vorliegende Forschungsarbeit ermöglicht es, Stoffwechselvorgänge im Körper mittels metabolischer Magnetresonanztomografie (MRT) in Echtzeit zu beobachten – ein bedeutender Meilenstein für die personalisierte Krebsdiagnostik und die gesamte Krebsmedizin.
Die Ergebnisse der Studie wurden am 13. Juli 2023 in der Fachzeitschrift "Angewandte Chemie International Edition" veröffentlicht.
An der Spitze steht Dr. Andreas Schmidt, der als leitender Forscher der Gruppe "Hyperpolarisierung und metabolischen MRT" in der Abteilung Medizinphysik an der Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie am Universitätsklinikum Freiburg tätig ist.
Dr. Schmidt erklärt, dass es nun möglich sei, biologische Kontrastmittel einfach, schnell und sicher herzustellen. Damit könne der Krebsstoffwechsel in Echtzeit beobachtet werden, was völlig neue Perspektiven für die Krebsmedizin eröffnet.
Wie funktioniert das Stoffwechsel-MRT?
Die funktionelle MRT nutzt magnetische Eigenschaften von Molekülen, um Bilder des Körpergewebes zu erzeugen. Bei der Hyperpolarisierung werden diese magnetischen Eigenschaften zeitweise enorm verstärkt, wodurch das Signal während der MRT-Aufnahme deutlich besser sichtbar ist als bei herkömmlichen Verfahren.
Dies ermöglicht eine nicht-invasive Beobachtung des Stoffwechsels auf molekularer Ebene. Die Moleküle verhalten sich dabei weiterhin biologisch unverändert.
Ko-Studienleiter Stephan Knecht betont, dass der Einsatz unschädlich sei und keine Strahlenbelastung verursache. Die metabolische MRT benötige nur wenige Minuten, was besonders für Patienten, die regelmäßige Nachuntersuchungen benötigen, von Bedeutung sei.
Hochpolarisierte Pyruvat-Moleküle
Das Forschungsprojekt brachte zwei bedeutende Erkenntnisse:
Zunächst gelang es den Wissenschaftlern, hochpolarisierte Pyruvat-Moleküle in verträglicher, wässriger Lösung herzustellen. Die Verwendung der innovativen SABRE-Methode (SABRE = Signal Amplification By Reversible Exchange) ermöglichte eine zehntausendfache Verstärkung des Pyruvat-Signals, was zur Erzeugung hochsensibler biologischer Kontrastmittel in nur wenigen Minuten führte. Frühere Versuche mit der SABRE-Methode waren ineffizient und die Reinheit der hergestellten Kontrastmittel in wässrigen Lösungen war nicht zufriedenstellend.
Nachweis von diagnostisch relevanten Stoffwechselprozessen
Zudem gelang es mithilfe dieser hochsensiblen biologischen Kontrastmittel, die Umwandlung von Pyruvat in Laktat und Alanin im Tiermodell nachzuweisen. Diese Stoffwechselprozesse wurden bereits in vorherigen Studien als wertvolle diagnostische Marker identifiziert, insbesondere im Zusammenhang mit der Krebsforschung und der Beurteilung der Tumoraktivität.
Bedeutung der Forschungsarbeit
Die in der Studie eingesetzte SABRE-Methode zur Herstellung des hochpolarisierten Pyruvats biete eine schnelle und kostengünstige Alternative zur etablierten Technik, so die Autoren. Generell stellt die metabolische MRT eine vielversprechende, nicht-invasive Methode für die Diagnose, Stadieneinteilung und Überwachung der Behandlungsreaktion bei Krebserkrankungen dar.
