Neue Wege im MRT: Kontrastmittel auf dem Prüfstand

 

Die Magnetresonanztomographie, kurz MRT, hat die moderne Medizin revolutioniert. Von Organschäden bis hin zu Tumoren oder Hirnblutungen: Mithilfe dieser bahnbrechenden Technologie lassen sich hochauflösende Bilder vom Inneren des Körpers erzeugen – und unzählige Leben retten. Doch das MRT birgt auch Risiken: Um bestimmte Gewebetypen besser erkennen und von einander unterscheiden zu können, wird Patienten Kontrastmittel verabreicht. In aller Regel harmlos, doch in Ausnahmefällen äußert toxisch. Insbesondere gadoliniumhaltige Kontrastmittel können sich im zentralen Nervensystem und im Gewebe ablagern – und in Kombination mit einer Nierenunterfunktion schwerwiegende Schäden verursachen. Warum also dieses Kontrastmittel weiterhin nutzen? „Ich dachte mir, wenn man das Gadolinium im Kontrastmittel ersetzen kann, muss man das Risiko, schwere Schäden davon zu tragen, gar nicht erst eingehen“, erklärt die Physik-Studentin Aruna Sherma, ehemalige Forscherin am SFZ Hamburg.

 

 

Aruna ist es in ihrer vierjährigen Forschung am Schülerforschungszentrum tatsächlich gelungen, ein alternatives Kontrastmittel zu entwickeln – ein Beitrag zur medizinischen Forschung, der gleich mehrfach beim Bundeswettbewerb Jugend forscht ausgezeichnet wurde. „Mein Kontrastmittel sollte ähnliche Eigenschaften haben wie Gadolinium, nur weniger toxisch“, beschreibt Aruna. Sie habe sich daher entschieden, sogenannte superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel (SPIONs) herzustellen. Doch wie genau erzeugen SPIONs einen Kontrast in MRT-Bildern? Dafür müsse man erst einmal verstehen, wie ein MRT funktioniert. „Das MRT ist quasi ein riesiger Magnet, der Teilchen mit einer Ladung im Körper ausrichtet“, erklärt Aruna, „mithilfe eines zweiten, schwächeren Magnetfeldes werden diese Teilchen aus dem Gleichgewicht gebracht.“ Versuchen sie, in ihren Gleichgewichtszustand zurückzukehren, geben sie dabei Energie ab – in Form von Radiowellen: „Da Gewebe unterschiedlich aufgebaut sind, erzeugen die Teilchen dort bei der Rückkehr in ihren Ausgangszustand auch unterschiedliche Signale, die wir unterscheiden können.“ Das Kontrastmittel habe nun die Aufgabe, bestimmte Signale hervorzuheben, um die Bildgebung zu verbessern: „Man kann so zum Beispiel subtile Unterschiede zwischen einer Blutung und dem umliegenden Gewebe erkennen.

Die Herstellung der SPIONs war allerdings nur der erste Schritt zum vielversprechenden Kontrastmittel. „Zu allererst habe ich natürlich getestet, ob sich die Nanopartikel im Magnetfeld anregen lassen“, berichtet Aruna stolz, „und siehe da, sie erzeugen vermutlich einen wirklich guten Kontrast zwischen Gewebe und Flüssigkeiten.“ Arunas vorläufigen Daten zufolge könnten ihre Nanopartikel durchaus mit einigen kommerziellen Kontrastmitteln mithalten. „Ich habe die Nanopartikel zusätzlich noch mit verschiedenen chemischen Strukturen beschichtet“, meint Aruna, „das ist besonders wichtig, damit die Partikel am Ende die richtigen Eigenschaften haben, um sie im Patienten zu verwenden.“ In erster Linie sei es von großer Bedeutung, das Verklumpen der Nanopartikel zu verhindern, ansonsten bestünde die Gefahr, dass sie sich im Blutkreislauf ablagern. „Im schlimmsten Fall könnte der Patient dadurch einen Schlaganfall oder Herzinfarkt erleiden“, erklärt Aruna ernst, „das gilt es natürlich, um jeden Preis zu verhindern.“ Zum einen könne man lange, flexible Ketten an die Nanopartikel anheften, sogenannte Polymere. Diese würden eine sterische Barriere bilden und sich gegenseitig auf Abstand halten. „Heftet man zusätzlich geladene chemische Gruppen an die SPIONs an, stoßen sich die gleichartigen Ladungen ab“, meint Aruna. Die Gefahr, dass die Nanopartikel im Patienten verklumpen, sei also bei den neuartigen SPIONs schon einmal gebannt. Doch sind die SPIONs in Arunas alternativem Kontrastmittel tatsächlich weniger toxisch als Gadolinium? „Das gilt es noch herauszufinden“, erwidert sie schmunzelnd, „bisher haben Toxizitätstests in menschlichen Zellen bewiesen, dass die meisten meiner Nanopartikel-Kandidaten keinen Schaden in den Zellen anrichten.“

Arunas Forschung ist ein beeindruckendes Beispiel dafür, wie junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bereits heute bedeutende Beiträge zur medizinischen Forschung leisten können. „Es liegt noch ein langer Weg vor uns“, erklärt Aruna, „aber ich hoffe, dass meine Forschung uns dem Ziel näherbringt, ein Kontrastmittel zu entwickeln, dass keine Risiken für den Patienten birgt“. Dadurch könne man auch das Vertrauen der Patienten in diese lebenswichtige Technologie stärken.