Konsortium für den Quantensprung in der kardialen MR-Tomographie

Konsortium für den Quantensprung in der kardialen MR-Tomographie
Die in MetaboliQs verwendete Technik basiert auf der Hyperpolarisation von Markermolekülen wie Pyruvat für die MRT (©Christoph Nebel, Fraunhofer IAF)

Die 'Hyperpolarisierte MRT' soll die Darstellung von Stoffwechselsubstraten im Herzen und anderen Organen ermöglicht.

  • Datum:
    08.11.2018
  • Autor:
    L. Hau (mh/ktg)
  • Quelle:
    Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik

Bis heute sind in der Diagnostik und Therapie von Herz-Kreislauf-Erkrankungen einige Bereiche mit hohem Bedarf noch nicht abgedeckt. Um die kardiovaskuläre Diagnostik zu personalisieren und bessere Messergebnisse zu erhalten, ist die Datenmessung auf molekularer Ebene erforderlich.

Das von der EU geförderte Projekt MetaboliQs kombiniert diamantbasierte Quantensensorik und medizinische Bildgebung, um das Verständnis für krankheitsbedingte molekulare Veränderungen im Körper zu verbessern und dadurch die personalisierte Diagnostik kardiovaskulärer Krankheiten voranzutreiben.

Hyperpolarisierungsprozess bislang extrem aufwendig

Aufgrund ihrer begrenzten Empfindlichkeit können jedoch selbst MRT-Scanner mit sehr hohen Feldstärken molekulare und Stoffwechsel-Aktivitäten im Herzen nicht mit ausreichender Empfindlichkeit erkennen und darstellen. Aktuelle MRT-Techniken mittels Hyperpolarisation könne die Empfindlichkeit der MRT um bis zu fünf Größenordnungen erhöhen. Allerdings dauert der Hyperpolarisierungsprozess mit 90-180 Minuten sehr lange und ist mit Anschaffungskosten von rund zwei Millionen Euro sehr kostspielig. Die Anlage hat die Größe eines ganzen Raums und erfordert zudem Temperaturen von unter -270 Grad Celsius.

Voraussetzung: Fortschritte in der Quantenphysik

Das Projekt MetaboliQs zielt daher darauf ab, durch Fortschritte in der Quantenphysik eine neue Methode für die MRT zu entwickeln. Die bahnbrechende Technologie wird eine bisher unerreichte, hochsensitive, nicht-invasive Quantifizierung der Stoffwechselaktivität ermöglichen. Sie soll den Weg ebnen für eine präzise Diagnose und eine auf den Patienten zugeschnittene Behandlungen von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. So wird es beispielsweise möglich sein, genau diejenigen Patienten zu identifizieren, die am wahrscheinlichsten von invasiven oder pharmakologischen Behandlungen profitieren.

Zielsetzung von MetaboliQs: Ein kostengünstiger und durchsatzstarker Diamantpolarisator, der mit jeglichem, kommerziellen MRT-Scanner verwendet werden kann und Ergebnisse innerhalb von Minuten statt Stunden liefert.

Das von der EU geförderte Projekt MetaboliQs vereint die ETH Zürich und TU München, zwei der besten Technischen Universitäten Europas mit Forschungsgruppen in der hyperpolarisierten und kardiovaskulären MRT, mit einem hochklassigen multidisziplinären Firmenkonsortium aus

  • Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik in Freiburg, ein führendes Forschungsinstitut für Quantentechnologie mit Diamant und ein Vorreiter bei der Entwicklung und Herstellung von "quantum grade" Diamant,
  • NVision Imaging Technologies GmbH, Deutschland, ein vom Silicon Valley unterstütztes Quantentechnologie-Unternehmen und Erfinder der diamantbasierten Polarisation,
  • Element Six Limited, Großbritannien, ein weltweit führender Anbieter von Forschung und Herstellung von synthetischem Diamant mit bekannter Expertise in Quantenanwendungen,
  • Hebräische Universität Jerusalem (HUJI), Israel, ein führendes Forschungsinstitut für Diamantquantentechnologien,
  • Bruker BioSpin GmbH – Marktführer in der präklinischen MRT- und NMR-Spektroskopie