Ein schneller Blick ins Menscheninnere

Bildgebende Verfahren wie CT, MRT oder Ultraschall sind aus der medizinischen Welt nicht mehr wegzudenken. Einem Team aus Physikern und Medizinern der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) ist es jetzt gelungen, eine weitere – und noch dazu strahlenfreie – bildgebende Technologie reif für den Einsatz am Menschen zu machen. Ihr Name: Magnetic Particle Imaging (MPI). Mit dem von ihnen jetzt entwickelten, transportablen Scanner ist es möglich, dynamische Abläufe im menschlichen Körper wie den Blutfluss zu visualisieren, wie die Forschenden in in einer Publikation in Nature Scientific Reports zeigen.

MPI ist eine Technik, die, auf der direkten Visualisierung von magnetischen Nanopartikeln basiert, die als Marker verabreicht werden müssen. „Wie auch bei der Positronen-Emissions-Tomografie, die auf die Gabe von radioaktiven Substanzen als Marker angewiesen ist, hat diese Methode den großen Vorteil, empfindlich und schnell zu sein, ohne dabei störende Hintergrundsignale von Gewebe oder Knochen zu sehen“, erklärt Prof. Volker Behr vom Physikalischen Institut der JMU.

MPI basiert dabei nicht auf der Detektion von Gammastrahlen einesradioaktiven Markers, sondern auf dem Antwortsignal der magnetischen Nanopartikel auf sich zeitlich verändernde Magnetfelder. „Dabei wird die Magnetisierung von Nanopartikeln mithilfe von externen Magnetfeldern gezielt manipuliert, wodurch nicht nur ihre Anwesenheit, sondern auch ihre räumliche Position im menschlichen Körper detektiert werden kann“, sagt Prof. Patrick Vogel, Erstautor der Publikation.

Die MPI-Idee ist nicht neu. Bereits 2005 konnte das Unternehmen Philips die ersten Bilder dieses neuartigen Ansatzes in einem kleinen Demonstrator zeigen, der allerdings nur Proben von wenigen Zentimetern Größe aufnehmen konnte. „Und die Entwicklung von Geräten, die sich zur Untersuchung von Menschen eigneten, erwies sich schwieriger als gedacht und führte zu großen, schweren und teuren Konstruktionen", erklären die Autoren.

Das JMU-Team fand 2018 einen neuen Weg, die komplexen Magnetfelder, die für die Bildgebung erforderlich sind, in einem wesentlich kleineren Design umzusetzen. In einem mehrjährigen, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt gelang es den Wissenschaftlern, das neuartige Konzept in einem gezielt für die Intervention entwickelten MPI Scanner (interventional Magnetic Particle Imaging – iMPI) umzusetzen.

„Unser iMPI-Scanner ist so klein und leicht, dass man ihn fast überall mitnehmen kann“, erklärt Vogel. Diese Mobilität des Scanners zeigen die Autoren eindrucksvoll in einer simultanen Echtzeitmessung im Vergleich mit einem speziellen Röntgengerät, welches das Standardgerät in der Angiografie in den Unikliniken ist. Das Team der interventionellen Radiologie des Würzburgers Universitätsklinikums führte die Messungen an einem realistischen Gefäßphantom durch und bewertete die ersten Bilder.

„Das ist ein erster wichtiger Schritt hin zu einer strahlenfreien Intervention. MPI hat das Potenzial, diesen Bereich nachhaltig zu verändern“, ist Co-Autor Dr. Stefan Herz überzeugt. Nun arbeitet das Team an einer Weiterentwicklung ihres Scanners. Ziel ist dabei vor allem, die Bildqualität weiter zu verbessern.