Neue MRT-Technik misst Gadolinium genauer

Forscher des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) haben eine neue Methode entwickelt, um sehr geringe Mengen an Gadolinium nachzuweisen. Dieses Metall wird häufig in Kontrastmitteln für MRT-Untersuchungen verwendet. Durch den Einsatz von Xenongas und einer besonderen molekularen Struktur können die Wissenschaftler Gadolinium in geringen Konzentrationen messen. Die Technik könnte langfristig zu besseren Analysemethoden für MRT-Kontrastmittel und zum Nachweis von Gadolinium in der Umwelt beitragen.

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein wichtiges bildgebendes Verfahren zur Diagnose verschiedener Erkrankungen, darunter auch Krebs. Mithilfe starker Magnetfelder und Radiowellen lassen sich detaillierte Bilder von Organen und Geweben erstellen, ohne dass eine Exposition gegenüber ionisierender Strahlung erfolgt. Um Anomalien besser sichtbar zu machen, werden bei einem Teil der Untersuchungen Kontrastmittel eingesetzt. Viele davon enthalten Gadolinium, ein Metall mit magnetischen Eigenschaften, das den Kontrast zwischen verschiedenen Geweben verstärken kann.

Gadolinium wird in diesen Mitteln an ein sogenanntes Chelat gebunden, eine molekulare Struktur, die das Metall umschließt. Diese Bindung ist wichtig, da freies Gadolinium für den Körper schädlich sein kann. Nach der Verabreichung werden gadoliniumhaltige Kontrastmittel in der Regel über die Nieren ausgeschieden. Anschließend können Rückstände über das Abwasser in die Umwelt gelangen. Dort können die Verbindungen über lange Zeit hinweg verbleiben.

Xenongas als empfindlicher Sensor

Forscher des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) haben eine Methode entwickelt, mit der sich Gadolinium anhand magnetischer Signale genauer messen lässt als mit früheren MRT-basierten Techniken. Die Forschung wurde von Leif Schröder, Leiter der Abteilung für Translational Molecular Imaging, geleitet.

Die Wissenschaftler nutzten hyperpolarisiertes Xenon. Dieses Edelgas kann aufgrund seiner besonderen magnetischen Eigenschaften starke Signale erzeugen, die mittels Magnetresonanz gemessen werden. Das Xenon wurde in einer speziell entwickelten molekularen Struktur eingeschlossen, die einem Käfig ähnelt. In diesem Aufbau entstehen zwei separate Signale: eines vom Xenon, das sich innerhalb des molekularen Käfigs befindet, und eines vom freien Xenon in der Lösung.

Wird der Lösung Gadolinium zugesetzt, verdrängt das Metall das Xenon aus dem Käfig. Dadurch nimmt das Signal des gebundenen Xenons ab. Durch die Messung dieser Veränderung können Forscher die Gadoliniumkonzentration bestimmen. Laut Erstautorin Hannah Gerbeth erwies es sich als möglich, Konzentrationen im mikromolaren Bereich zu bestimmen. Damit wurde gezeigt, dass die molekulare Struktur unter den untersuchten Bedingungen als empfindlicher Gadolinium-Sensor fungieren kann.

Anwendungen

Die neue Methode könnte möglicherweise dazu dienen, zwischen freiem Gadolinium und an ein Chelat gebundenem Gadolinium zu unterscheiden. Diese Unterscheidung ist für die Erforschung der chemischen Eigenschaften und des Verhaltens von MRT-Kontrastmitteln relevant.

Außerdem kann sie bei der Entwicklung von Analysemethoden für gadoliniumhaltige Stoffe in der Umwelt helfen. Laut Schröder besteht Bedarf an empfindlichen Messmethoden, um Gadolinium aus medizinischen Anwendungen und industriellen Prozessen besser nachverfolgen zu können.

Die Forscher betonen, dass weitere Entwicklungen erforderlich sind. So muss beispielsweise festgestellt werden, ob der Sensor auch bei anderen Konzentrationen zuverlässig funktioniert. Darüber hinaus untersuchen sie, ob sich auch andere Metallionen an den molekularen Käfig binden können. Sollte dies der Fall sein, könnten diese Stoffe die Messung beeinflussen. Die Ergebnisse beziehen sich vorerst auf eine experimentelle Analysemethode. Es ist noch nicht nachgewiesen, dass die Technik direkt bei Patienten oder im Rahmen regulärer MRT-Untersuchungen anwendbar ist.

Innovationen verbessern die medizinische Bildgebung

Die Forschung des DKFZ ist Teil einer breiteren Entwicklung, in deren Rahmen Wissenschaftler versuchen, bestehende Bildgebungsverfahren zu verbessern. So berichteten wir Anfang dieses Jahres über eine innovative MRT-Antenne des Max-Delbrück-Zentrums. Diese Antenne nutzt Metamaterialien, um Funksignale gezielter zu lenken und die Bildqualität zu verbessern. Die Technologie wurde an Freiwilligen zur Bildgebung des Auges und der Augenhöhle mit einem 7-Tesla-MRT-Scanner getestet. Den Forschern zufolge kann die Antenne schärfere Bilder liefern und die Scanzeiten verkürzen, ohne dass bestehende MRT-Systeme grundlegend angepasst werden müssen.