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Wärme als Werkzeug

Prof. Thoralf Niendorf möchte mit Ultrahochfeld-Magnetresonanztomographen eine weitgehend unerforschte Dimension des Lebens analysieren: Wärme. Ein Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats wird ihm dabei helfen.

Was der Körper dringend zum Überleben braucht, überwacht er besonders strikt. Dazu gehört bei Warmblütern wie dem Menschen die Temperatur. Nur für kurze Zeit darf sie bei Fieber oder Entzündungen ansteigen, damit der Körper Keimen den Garaus machen kann. Es ist eine Waffe, die Vorsicht gebietet. Doch trotz aller Wichtigkeit ist dieser Aspekt des Lebens weitgehend unerforscht. Denn es gibt derzeit keine zerstörungsfreie Methode, die es erlaubt, die Temperatur in lebendem Gewebe zu verändern und zu kontrollieren.

Prof. Thoralf Niendorf. Bild: David Ausserhofer/MDC

Der Physiker Prof. Thoralf Niendorf will das nun mithilfe eines ERC Advanced Grants ändern. Am MDC erforscht und entwickelt er Verfahren der Magnetresonanztomographie (MRT). „Wenn ein Arzt MRT-Scans anfertigt, gibt es immer eine unerwünschte Nebenwirkung: Es entwickelt sich Wärme“, sagt Niendorf. „Da wir die Auswirkungen dieser Wärme auf den Körper nicht verstehen, ist streng reguliert, wie viel Energie bei jeder Untersuchung die Gewebe der Patienten erreichen darf. Wir wollen diese Nebenwirkung nun in ein Werkzeug für Forscher und Ärzte verwandeln. Für die Forschung, für Diagnostik und hoffentlich sogar die Therapie.“

Haben gesunde und kranke Gewebe ein spezifisches Wärmeprofil?

Niendorfs Forschungsgruppe plant ein hochpräzises Instrument, das exakte Energiemengen auf kleine Ziele in den Körpern von Tieren und Menschen richten kann. Sie kombiniert dafür ein Ultrahochfeld-MRT-Gerät mit eigens entwickelten Hochfrequenz-Antennen, um die starken elektromagnetischen Felder zu formen und zu fokussieren. In der Theorie funktioniert das Instrument bereits, mithilfe der neuen Förderung kann es nun auch gebaut werden.

Damit betritt das Team wissenschaftliches Neuland. Zuerst wollen die Forscherinnen und Forscher gemeinsam mit anderen Gruppen untersuchen, ob gesunde und kranke Gewebe ein spezifisches Wärmeprofil haben. So ein thermal phenotyping könnte zum Beispiel die Diagnostik unterstützen. Als Nächstes wollen sie Gewebe gezielt erhitzen und die Auswirkungen beobachten. Auch bestimmte Krankheitsprozesse könnten durch Wärme beeinflussbar sein, so dass sich hier ein Feld MRT-basierter Therapien auftut. Ärztinnen und Ärzte könnten Erkrankte dann gleichzeitig behandeln und die Wirkung ihrer Therapie überwachen – beides mit demselben Instrument.

 

Forschende führen eine MRT-Untersuchung durch. Bild: Katharina Bohm/MDC

Wärmeempfindliche Nanovehikel sollen Medikamente ausliefern

Außerdem möchte Niendorf gemeinsam mit Forschungsgruppen aus Australien und Berlin Medikamente und andere Moleküle in wärmeempfindliche Polymere und Nanovehikel verpacken, um sie im Körper an die richtige Adresse auszuliefern. Dort wären die Wirkstoffe so lange inaktiv, bis sie am gewünschten Ziel erhitzt werden. Die Trägersubstanzen könnten mit verschiedenen Stoffen beladen werden und diese erst bei bestimmten Temperaturen abgeben. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler könnten Gewebe so nach Wunsch beeinflussen – schrittweise, zeitabhängig und im Körperinneren. Auch Krankheiten könnten sie auf diese Weise bekämpfen, indem sie in aufeinanderfolgenden Schlägen unterschiedliche Angriffspunkte ins Visier nehmen.

„Bereits die Projektplanung hat Experten aus verschiedensten Fachgebieten zusammengeführt“, unterstreicht Niendorf. „Es ist spannend, diese Dimension des Lebens für interdisziplinäre Forschung zu öffnen. Ein idealer Treffpunkt für Physiker, Biologen und Mediziner. Wir können natürlich nicht in allen Details voraussagen, was wir entdecken werden. Doch die strikte Steuerung der Temperatur weist auf lebenswichtige Funktionen im ganzen Körper hin. Diese würden wir gern verstehen.“