Bessere Bildgebung mit Eisen-Nanopartikeln
Keine Strahlen, super schnell und fein aufgelöst: Mit winzigen Eisenpartikeln in einem Magnetfeld wollen Kieler Ärzte besser sein als Nuklearmedizin, MRT, PET und Co.
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So sieht der Prototyp des MPI-Scanners aus.
© Foto: Philips Research
Wenn Professor Jörg Barkhausen von den Zukunftsaussichten des Magnetic Particle Imaging spricht, dann bekommt seine Stimme einen fast sakralen Unterton: "Das Ganze erinnert stark an die frühe Zeit der Computertomografie, die sich gegen viele Widerstände durchsetzte, weil sie einfach besser war als das, was es vorher gab", betont der Leiter der Klinik für Radiologie und Nuklearmedizin der Universität Kiel. Dem Magnetic Particle Imaging, kurz MPI, traut Barkhausen ähnliches zu.
Eisenoxid-Nanopartikel als Kontrastmittel
Das MPI ist ein magnetisches Verfahren der Bildgebung mit Eisenoxid-Nanopartikeln als Kontrastmittel. Wie die MRT arbeitet das MPI mit Spulen, die starke Magnetfelder um den Patienten herum aufbauen. Anders als bei der MRT, wo möglichst homogene Magnetfelder erzeugt werden, werden beim MPI die Magnetfelder allerdings so gelegt, dass sie sich an einem definierten Punkt gegenseitig aufheben.
Genau an diesem magnetfeldfreien Punkt entstehen die MPI-Bilder, und zwar dadurch, dass zuvor injizierte Eisenoxid-Nanopartikel dort und nur dort oszillieren, während sie an allen anderen Stellen durch das äußere Magnetfeld "festgehalten" werden. Eine Empfangsantenne registriert die Oszillationen im magnetfeldfreien Punkt. Und der Untersucher, der diesen Punkt steuern kann, erzeugt ein Bild, indem er die Verteilung des Eisenoxids im Körper "kartografiert".
Das Verfahren erinnert nicht von ungefähr an die Nuklearmedizin. Statt radioaktiver Tracer wird magnetisches Eisenoxid verwendet. Ohne Eisenoxid gibt es kein Bild. Genau wie nuklearmedizinische Tracer könnte man das Eisenoxid an Antikörper koppeln und damit in der Onkologie Tumoren oder deren Frühformen sichtbar machen. Eisen taugt auch unmittelbar als Marker, denn es wird in den Makrophagen der Lymphknoten angereichert.
Das hilft bei der Metastasensuche, denn Lymphknoten mit funktionierenden Makrophagen sind mit hoher Sicherheit metastasenfrei. Auch im kardiovaskulären Bereich deuten sich Einsatzmöglichkeiten an: "So kann zum Beispiel LDL-Cholesterin mit Eisen beladen werden. "Damit könnten wir arteriosklerotische Plaques schon in einem sehr frühen Stadium sichtbar machen", so Barkhausen.
Die Bilderzeugung ist enorm schnell
Das Magnetic Particle Imaging hat große Vorteile im Vergleich zu anderen bildgebenden Verfahren: "Wir brauchen keine Röntgenstrahlung. Wir haben eine hervorragende Auflösung. Und die Bilderzeugung ist enorm schnell", so Barkhausen.
Das SPECT zum Beispiel liefert mit einer Auflösung von einem knappen Zentimeter nur sehr grobe Informationen zur Lage eines Befundes im Raum. Die PET liegt im Bereich mehrerer Millimeter. Und das MRT ist zwar hochauflösend, aber langsam. "Beim MPI dagegen können wir Strukturen von unter einem Millimeter auflösen, und wir das schaffen in Bruchteilen von Sekunden", so Barkhausen. "Letztlich vereint das MPI alle positiven Eigenschaften anderer Verfahren auf sich: Es ist hoch sensitiv, und es hat eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung", beschreibt der Wissenschaftler.
Genau diese Eigenschaften machen das MPI auch für ganz andere Anwendungsbereiche attraktiv, etwa für die Darstellung des Blutflusses am Herzen. Hierzu leisten Ärzte und Techniker um Professor Thorsten Buzug vom Institut für Medizintechnik der Universität Lübeck Pionierarbeit - mit tatkräftiger Unterstützung des Unternehmens Philips, das mehrere MPI-Patente hält und Prototypen von MPI-Scannern entwickelt hat.
"Wir konnten zeigen, dass wir mittels MPI das mit hoher Frequenz schlagende Herz einer Maus in Echtzeit dreidimensional darstellen können", betont Buzug. Das hat die Kardio-MRT jahrelangen Bemühungen zum Trotz bisher nicht geschafft.
Koronarien werden in Echtzeit dargestellt
Zumindest denkbar wird vor diesem Hintergrund auch die magnetische Darstellung der Herzkranzgefäße in drei Dimensionen in Echtzeit. Gelänge das, dann könnte vielleicht irgendwann einmal die strahlenintensive Durchleuchtung beim Herzkatheter durch ein sehr viel schonenderes Magnetverfahren abgelöst werden. Dazu braucht es freilich einen MPI-Scanner, der die Arbeit der interventionellen Kardiologen nicht behindert. Genau daran arbeiten Buzug und sein Team: "Das Ziel ist ein MPI-Scanner, der keine Röhre mehr hat, sondern der seitlich an den Patienten heran geschoben werden kann", so Buzug. In einigen Jahren soll er fertig sein. Dann könnten auch erste Patienten per MPI untersucht werden.
