Das PET/MR des kleinen Mannes
Photoakustische Bildgebung
Dank Mikrobläschen und Goldnanopartikeln könnte der Ultraschall eines Tages eine wichtige Position innerhalb der molekularen Bildgebung einnehmen und beispielsweise im onkologischen Therapiemonitoring eine echte Alternative zum PET darstellen. Im Rahmen des Forschungsprojektes ForSaTum arbeiten Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der RWTH Aachen derzeit an solchen kontrastmittelgestützten Verfahren, die unter anderem die Tumorangiogenese sichtbar machen.
Prof. Dr. Georg Schmitz von der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der RUB berichtet für RRR über den aktuellen Forschungsstand, die Ziele und Herausforderungen des Projektes.
„Bisher arbeiten wir häufig mit Mikrobläschen als Kontrastmittel für den Ultraschall. Allerdings sind die Mikrobläschen auf das Blutgefäß beschränkt und kommen nicht bis zu den Tumorzellen. Das Ziel der molekularen Bildgebung ist es aber, Marker auch auf den Tumorzellen darzustellen. Unsere Hoffnungen liegen hier auf den Nanopartikeln. Darum haben wir ein photoakustisches Verfahren entwickelt, das Lichtpulse ins Gewebe gibt. Alles, was optisch absorbiert, wird durch diesen kurzen Lichtpuls kurzzeitig erwärmt und dehnt sich aus. Dadurch entstehen Ultraschallwellen, die außen empfangen werden können. Wir erzeugen also Schall mit Licht.
Was wir abbilden ist nicht die Reflektionsstärke des Schalls aus dem Gewebe, sondern die Absorption des Lichts und das bei unterschiedlichen Wellenlängen. So können wir beispielsweise die Blutoxygenierung eines Tumors – Blut ist ein hervorragender Absorber – recht gut abbilden.
Leider ist der Absorptionskontrast von Gewebe relativ gering, weshalb die Idee entstand, ein Kontrastmittel einzubringen, das mehr Licht absorbiert als alle andere: Goldnanopartikel. Offen ist jedoch noch die Frage, ob diese klinisch einsetzbar sind. Die Nanopartikel müssen „gut verpackt“ werden, damit sie vom Körper nicht direkt erkannt und abgestoßen werden. Außerdem ist die Toxizität noch nicht geklärt, weshalb die Goldnanopartikel heute nur in Tierexperimenten zum Einsatz kommen.
Im Rahmen von ForSaTum erforschen wir im Konsortium darüber hinaus, welche Liganden wir benötigen, um an die tumorspezifischen Moleküle zu binden und vor allem auch, wie groß die Konzentration des Kontrastmittels sein muss, um ein zuverlässiges Bild zu bekommen.
Eine weitere Herausforderung liegt in der Entwicklung geeigneter Laser. Denn zurzeit arbeiten wir mit Neodym:YAG Lasern, die heute auch für chirurgische Anwendungen eingesetzt werden und leider sehr groß und teuer sind. Als Alternative hierzu versuchen wir, günstigere Diodenlaser einzusetzen, allerdings ist deren Leistung etwa um den Faktor 1000 geringer. Unser Ziel ist es, mit den richtigen Abbildungsmethoden dennoch ähnlich gute Bilder zu erzeugen.
Sollten wir diese Hürden überwinden, stände uns eine wirkliche Alternative zur PET – der derzeit einzigen klinische eingesetzten Methode zur molekularen Bildgebung – zur Verfügung. Wegen der gleichzeitigen morphologischen Abbildung durch den Ultraschall sprechen wir auch gern vom PET/MR des kleinen Mannes. In jedem Fall wäre es eine günstige Möglichkeit zur Therapiekontrolle, die ohne jede Radioaktivität auskäme und ein regelmäßiges Monitoring ermöglichen würde. Natürlich nur bei Organen, die auch für die Ultraschallbildgebung geeignet sind und vom Laserlicht erreicht werden, wie Brust, Prostata oder Leber.
Ob sich die Mikrobläschen in Zukunft auch für therapeutische Zwecke einsetzen lassen, bleibt abzuwarten. Zwar würde sich die Technik hierfür eigenen, allerdings ist fraglich, ob es gelingt eine ausreichende Dosis vor Ort zu bringen, um eine lokale Chemotherapie durchzuführen.
04.11.2010
