Aus der modernen Medizin ist die Magnetresonanztomographie (MRT) nicht mehr wegzudenken: Sie liefert gestochen scharfe Bilder aus dem Inneren des Körpers und ermöglicht es, unterschiedlichste Erkrankungen zu diagnostizieren.
Ein herkömmlicher Magnetresonanztomograph ist riesig, er füllt einen ganzen Raum. Die Größe hat ihren Grund: In der donutförmigen Röhre stecken große Magnete, die ein sehr starkes Magnetfeld erzeugen. Kombiniert mit kurzen Radiofrequenz-Impulsen entlockt die magnetische Kraft dem Wasser im Körper der untersuchten Person ein Signal, aus dem sich ein Bild der untersuchten Körperregion ergibt. Dabei gilt: Je stärker das Magnetfeld, desto deutlicher das Signal und desto klarer und detailreicher das erzeugte Bild.
Solch leistungsstarke Tomographen haben allerdings zwei entscheidende Nachteile: Zum einen sind sie aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts nicht mobil einsetzbar und können zum Beispiel nicht direkt zum Patientenbett gebracht werden. Zum anderen ist ihr Betrieb sehr kostspielig: Sie benötigen viel Strom und teure Flüssigkeiten wie minus 270 Grad Celsius kaltes Helium, um die Magneten zu kühlen. Beides führt dazu, dass MRT-Geräte nur von finanzstarken Einrichtungen betrieben werden können. Der größte Teil der Weltbevölkerung hat keinen Zugang zu dieser Technik.
Mehrere Wissenschaftler wollen das ändern und preisgünstige, mobile MRT-Geräte entwickeln. Zu ihnen gehört Stefan Glöggler, Forschungsgruppenleiter am Göttinger MPI für biophysikalische Chemie und am BIN der Universitätsmedizin Göttingen.
„Eine wesentliche technische Hürde bei der Konstruktion eines Mini-MRT-Geräts ist, dass das erzeugte Signal sehr schwach ist“, erläutert Glöggler. „Das liegt daran, dass so ein kleiner Tomograph mit viel schwächeren Magneten funktionieren muss als ein herkömmliches Gerät. Wir haben jetzt einen Weg gefunden, das schwache Signal deutlich zu verstärken.“
Für ihre Versuche haben die Göttinger Chemiker ein Mini-MRT-Gerät selbst gebaut. Es hat etwa die Größe eines kleinen Fasses. „Das war eine spannende technische Tüftelei. Mehr als einen Kilometer Kupferdraht haben wir verwickelt“, so Glöggler.
„Unser kleiner Tomograph ist sehr flexibel. Er lässt sich an die Größe des zu untersuchenden Gegenstands anpassen – je nachdem, ob es sich nur um eine kleine chemische Lösung handelt oder um einen menschlichen Kopf“, berichtet Sergey Korchak, Postdoktorand in Glögglers Team. „Das Magnetfeld ist etwa hundertfach niedriger als bei herkömmlichen MRT-Geräten. Seine Stärke ist vergleichbar mit der von Magneten, die wir zu Hause an den Kühlschrank heften.“
Die Wissenschaftler übertrugen nun eine Methode, die bereits in herkömmlichen Tomographen etabliert ist, die Hyperpolarisation, auf ihr Niedrigfeld-MRT-Gerät. Damit konnten sie das Signal in dem schwachen Magnetfeld so weit verstärken, dass es messbar war. Ihnen gelang es damit erstmals, mit einem Mini-Tomographen in Echtzeit zu verfolgen, wie Pyruvat in Milchsäure umgewandelt wird.
Diese biochemische Reaktion läuft in unseren Körperzellen als Teil der Energiegewinnung ständig ab und wurde von den Göttinger Forschern nicht zufällig gewählt, wie Glögglers Postdoktorand Anil Jagtap erklärt: „Wieviel Pyruvat Zellen in Milchsäure umwandeln, gibt Auskunft darüber, ob in einem Gewebe ausreichend Sauerstoff verfügbar ist beziehungsweise ob dieser zur Energiegewinnung genutzt wird. Damit könnten in Zukunft Hirntraumata und bestimmte Krebsarten diagnostiziert werden.“ Entsprechende MRT-Studien an Kliniken laufen bereits.
Zur vollständigen Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie kommt ihr hier.
Bildquelle: John Moeses Bauan, Unsplash