Mit hohen Magnetfeldstärken zu ganz neuen Bildern
Thoralf Niendorf
Herr Professor Niendorf, Sie leiten am Max Delbrück Center die Arbeitsgruppe „Experimentelle Ultrahochfeld-MR“, beschäftigen sich also mit den Möglichkeiten der Magnetresonanz-Bildgebung, die sich aus extrem hohen Feldstärken ergeben. Ging es darum auch auf Ihrer Tagung?
Die Ultrahochfeld-Magnetresonanztomografie oder UHF-MR war natürlich der Schwerpunkt unseres Symposiums. Wir wollten aber möglichst viele Interessierte ansprechen. Deswegen gab es unter anderem auch einen Vortrag zur MRT bei Niederfeldstärken. Also zu einer Methode, die anders als die heute meist üblichen Verfahren in den Kliniken nicht mit 1,5 oder 3, sondern nur mit 0,55 Tesla arbeitet. Sie ist deutlich kostengünstiger und trägt somit dazu bei, den Zugang zu diagnostischer Bildgebung in Regionen mit niederem und mittleren Bruttosozialprodukt zu verbessern. Vor Ort waren 120 Forschende bei unserer Tagung, etwa 170 hatten sich online dazugeschaltet. Dank der virtuellen Teilnahme kamen Expert*innen aus aller Welt zusammen, unter anderem aus den USA, Australien und China.
Über welche Fortschritte konnten sie berichten?
Im Fokus der klinischen Anwendungen standen das Herz und die Niere. Krankheiten dieser beiden Organe gehören weltweit zu den häufigsten Todesursachen. Im Herzen lassen sich die Durchblutung des Herzmuskels und beginnende Funktionsstörungen immer besser abbilden. Gefreut haben mich vor allem die Ergebnisse zur Niere.
Welche waren das?
Der Großteil der Nierenerkrankungen beruht auf einem Sauerstoffmangel. Bislang kann man diese Hypoxie aber nicht diagnostisch ermitteln. Es gibt zwar Marker, die existierende Nierenschäden aufspüren, aber eigentlich reagieren sie viel zu spät. Mithilfe der UHF-MR lässt sich jetzt der Sauerstoffgehalt der Niere abbilden, die Methode liefert uns also ein Frühwarnsystem für beginnende Nierenleiden.
Wie weit ist diese Form der Früherkennung?
Bei Tieren können wir den Sauerstoffgehalt der Niere zuverlässig abbilden. Jetzt geht es darum, inwieweit sich diese Methoden auf die Humanmedizin, wo die Scanner viel größer sind, übertragen lassen. Die Vortragenden konnten zeigen, dass sie Bilder der menschlichen Niere von guter Qualität und mit ausreichender räumlicher Auflösung erstellen können. Damit sind jetzt Türen und Tore für Machbarkeitsstudien zur MR-Oxymetrie beim Menschen offen.
Welche Feldstärken muss man dafür nutzen?
Die experimentellen Studien wurden mit 9,4 Tesla unternommen und sprechen für den Einsatz der UHF-MR. Allerdings gibt es in der Humanmedizin bisher weltweit nur rund hundert Geräte, die mit 7 Tesla arbeiten. Wir wünschen uns trotzdem einen breiten klinischen Einsatz. Daher haben wir uns der Herausforderung gestellt, den Methodentransfer mit 3 Tesla zu realisieren. Und das haben wir ziemlich gut hinbekommen.
Inwiefern hat sich die Bildgebung des Herzens verbessert?
Inzwischen erhalten wir bei Feldstärken von 7 Tesla nicht nur höher aufgelöste und kontrastreichere Bilder, sondern die Aufnahmen sind auch gleichmäßiger. Der Bildeindruck wird nur durch die Gewebeeigenschaften und nicht durch Interferenzen hervorgerufen. Mit einer neuen Methode der parallelen Anregung ist die UHF-MR des Herzens jetzt wirklich klinisch einsetzbar. Wir sehen Dinge, die uns zuvor verborgen waren.
Wo wird die UHF-MR in der Humanmedizin heute schon erfolgreich genutzt?
Etabliert ist sie für die Hirnbildgebung. Wir können damit neurodegenerative und neuroinflammatorische Krankheiten wie Alzheimer und Multiple Sklerose oder Epilepsie leichter diagnostizieren und ihren Verlauf kontrollieren. Durch die bessere räumliche Auflösung der per UHF-MR erzeugten Bilder lassen sich auch winzige Läsionen des Gehirns sichtbar machen, die bei 3 Tesla verborgen bleiben. Dass wir mit dem Herz ein bisschen hinterherhinken, liegt vor allem daran, dass es in ständiger Bewegung ist.
Welche Feldstärken stellen Sie sich für die Zukunft vor?
Derzeit gibt es weltweit genau ein Gerät für Studien am Menschen, das mit 10,5 Tesla arbeitet. Es steht an der University of Minnesota in Minneapolis. Bewilligt und im Aufbau ist zudem das erste 14-Tesla-Gerät für humane Zwecke. In unserer eigenen Forschungsgruppe haben wir darüber hinaus anhand von Simulationen gezeigt, dass die Herz-MRT sogar bei 21 Tesla machbar ist und wir in der Lage sind, alle physikalischen Einschränkungen zu überwinden.
Was erhoffen Sie sich von solchen Geräten?
Wir können Auflösungen von wenigen Mikrometern erzielen – und zwar anders als bei der gewöhnlichen Mikroskopie in funktionierenden Organen. Die zweite große Chance der UHF-MR besteht darin, nicht nur Wasserstoffkerne sichtbar zu machen, wie in den gängigen Tomografen, sondern auch die Kerne anderer Elemente wie Natrium, Kalium oder Phosphor. Sie alle haben eine immense Bedeutung im Stoffwechsel. Mit ihnen wollen wir künftig auch metabolische Vorgänge sichtbar machen. Solche Bilder liefern uns natürlich viel bessere und frühere Informationen über Krankheitsursachen und -prozesse als morphologische Strukturen.
Auf dem 15. Annual Scientific Symposium Ultrahigh Field Magnetic Resonance tauschten Wissenschaftler*innen ihre neuesten Erkenntnisse in der Magnetresonanz-Bildgebung aus.
Warum benötigt man höhere Feldstärken, um diese Elemente sichtbar zu machen?
Der Grund ist ganz simpel: Sie liegen in den Geweben in viel niedrigeren Konzentrationen vor. Wasserstoffkerne gibt es dort weitaus häufiger.
Welche Hürden sind auf dem Weg zum breiten Einsatz zu überwinden?
Die technischen Probleme sind weitestgehend gelöst. Momentan sind die größten Hürden wirtschaftlicher Art. Wir brauchen Investoren, die an die riesigen Potenziale der UHF-MR glauben und die entsprechenden Projekte finanzieren.
Bergen solch hohe Feldstärken nicht auch Risiken für die Menschen, die untersucht werden?
Die halten wir für sehr überschaubar. Wir wissen zwar, dass der Einfluss starker Magnetfelder zu Schwindel und kognitiven Einschränkungen führen kann. Alle bisherigen Untersuchungen zeigen aber, dass beide Symptome verschwinden, wenn man sich wieder aus dem Magnetfeld entfernt. Doch natürlich müssen wir solche Effekte, auch in experimentellen Studien, weiter erforschen. Und dazu sind wir in der Lage: Wir können solche magnetischen Felder erzeugen, auch wenn es die entsprechenden MRT-Untersuchungsgeräte, die mit ihnen arbeiten, noch nicht gibt.
Die Fragen stellte Anke Brodmerkel.
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