Magnetpartikelbildgebung erstmals am Menschen eingesetzt

Vor 131 Jahren entdeckte der Physiker Wilhelm Conrad Röntgen in Würzburg die nach ihm benannten Strahlen und ermöglichte damit völlig neue Verfahren zur Darstellung des menschlichen Körpers. Nun hat in Würzburg ein interdisziplinäres Team aus Physik und Radiologie einen weiteren wichtigen Meilenstein in der medizinischen Bildgebung erreicht. Die Forschenden demonstrierten erstmals am Menschen eine neuartige Technologie: die Magnetpartikelbildgebung (MPI, englisch: Magnetic Particle Imaging).

Während Röntgen im Dezember 1895 die Hand seiner Frau Bertha ablichtete, hielt der Physiker Dr. Patrick Vogel, der am Lehrstuhl für Experimentelle Physik 5 der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) tätig ist, seinen Arm als gesunder Proband in den MPI-Scanner. Vogel war maßgeblich an der Entwicklung dieser Technologie beteiligt und führte das Experiment gemeinsam mit Viktor Hartung vom Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie des Uniklinikums Würzburg (UKW) durch.

,,Wenn man eine neue Bildgebung erstmals am Menschen erprobt, möchte man natürlich selbst erfahren, wie sich das anfühlt. Für mich war es daher selbstverständlich, auch als erster Proband zur Verfügung zu stehen"

Physiker Dr. Patrick Vogel

MPI gehört zu einer neuen Generation bildgebender Verfahren. Anstelle von Röntgenstrahlung oder radioaktiven Tracern nutzt MPI winzige magnetische Eisenoxid-Nanopartikel als Kontrastmittel. Diese werden in die Blutbahn injiziert und anschließend mit Magnetfeldern detektiert. Das Besondere daran ist: MPI detektiert ausschließlich die Nanopartikel selbst, das umliegende Gewebe erzeugt kein Hintergrundsignal. Dadurch entstehen besonders kontrastreiche Bilder mit hoher zeitlicher Auflösung. Gleichzeitig kommt das Verfahren vollständig ohne ionisierende Strahlung aus.

Mit der ersten Anwendung von MPI am Menschen erreicht die Technologie einen wichtigen Meilenstein in ihrer Entwicklungsgeschichte. Seit rund 20 Jahren arbeiten die Teams in Würzburg an der Entwicklung der Magnetpartikelbildgebung – von den ersten physikalischen Konzepten über den Bau experimenteller Scanner bis hin zur Integration der Technologie in ein klinisches Umfeld (zm berichtete).

„Dass wir diese Technologie nun erstmals am Menschen demonstrieren konnten, ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur klinischen Anwendung der Magnetpartikelbildgebung“, kommentiert Vogel den Beginn der translationalen Entwicklungsphase. ,,Damit zeigen wir, dass MPI nicht nur im Labor funktioniert, sondern auch unter realen klinischen Bedingungen eingesetzt werden kann.“ Dazu injizierten sie klinisch zugelassene Eisenoxid-Nanopartikel und nahmen deren Verteilung mit einem speziell entwickelten MPI-Scanner auf. Zum direkten Vergleich führten sie zusätzlich eine digitale Subtraktionsangiographie (DSA) durch, die derzeitige Standardmethode zur Darstellung von Blutgefäßen mittels Röntgenstrahlung.

Die Ergebnisse zeigen: Mit MPI konnten die wichtigsten oberflächlichen und tiefen Venen des Arms einschließlich ihrer Verzweigungen sichtbar gemacht werden. Die Bildrate lag bei zwei Bildern pro Sekunde und damit im Bereich klinischer Angiographieverfahren.

„Die Bilder zeigen, dass wir die relevanten Gefäßstrukturen und den Blutfluss in Echtzeit darstellen können“, erklärt Radiologe Hartung. ,,Das eröffnet perspektivisch neue Möglichkeiten für interventionelle Eingriffe – ohne Strahlenbelastung.“ Um die Sicherheit, Wirksamkeit und den klinischen Nutzen jedoch systematisch zu untersuchen, sind weitere präklinische und klinische Studien erforderlich. Aus klinischer Sicht hat die Magnetpartikelbildgebung laut Prof. Thorsten Bley großes Potenzial. Der Direktor des Instituts für Diagnostische und Interventionelle Radiologie am UKW betont: ,,Wenn es gelingt, Gefäße in Echtzeit ohne ionisierende Strahlung darzustellen, könnte das langfristig neue Möglichkeiten für interventionelle Verfahren eröffnen."

Aufgrund der engen Zusammenarbeit zwischen Physik und Medizin war es möglich, diese Studie durchzuführen. Während die physikalischen Grundlagen und Scannertechnologien in der Experimentellen Physik entwickelt werden, bringt die Radiologie ihre Erfahrung in der klinischen Bildgebung und interventionellen Verfahren ein. „Solche Entwicklungen entstehen nur im engen Austausch zwischen Grundlagenforschung und klinischer Anwendung“, meint Prof. Volker Behr, Leiter der MPI-Arbeitsgruppe am Lehrstuhl für Experimentelle Physik 5 (Biophysik) der JMU. ,,Unser Ziel ist es, neue physikalische Konzepte so weiterzuentwickeln, dass sie langfristig einen echten Mehrwert für die medizinische Diagnostik und Therapie bieten.“