02.05.2024

Diamantstaub als Kontrastmittel

Winzige Partikel leuchten in einem Magnetresonanztomographie-Experiment hell auf.

Eine unerwartete Entdeckung machte eine Wissen­schaftlerin des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart: Nanometer­kleine Diamantpartikel, die eigentlich für einen ganz anderen Zweck bestimmt waren, leuchteten in einem Magnetresonanz­tomographie-Experiment hell auf – viel heller als das eigentliche Kontrastmittel, das Schwermetall Gadolinium. Könnte Diamantstaub eines Tages ein alternatives Kontrast­mittel für die MRT werden?

Abb.: Jelena Lazovic Zinnanti und ein Kollege arbeiten an einem...
Abb.: Jelena Lazovic Zinnanti und ein Kollege arbeiten an einem Magnetresonanztomographie-Experiment.
Quelle: W. Scheible, MPI-IS

Der Diamantstaub leuchtete nach der Injektion noch tagelang hell. So könnte es vielleicht eine Alternative zum Schwermetall Gadolinium bieten, das seit dreißig Jahren als Kontrast­mittel verwendet wird. Es wird vor einer MRT-Aufnahme gespritzt, um krankhafte Veränderungen im Gewebe oder an Knochen sichtbar zu machen, etwa Metastasen, Entzündungsherde oder Gefäß­anomalien. Gadolinium erhöht dabei die Helligkeit des aufgenommenen Bildes des jeweiligen betroffenen Bereichs. Wenn Gadolinium jedoch in die Blutbahn eines Patienten injiziert wird, gelangt es nicht nur in das Tumorgewebe, sondern auch in das umgebende gesunde Gewebe. Es kann bei einigen Menschen noch bis zu anderthalb Jahre nach Verabreichung im Körper nachgewiesen werden. Die lang­fristigen Folgen sind nicht bekannt. Gadolinium verursacht auch eine Reihe anderer Nebenwirkungen. Die Suche nach einer Alternative läuft seit Jahren.

Jelena Lazovic Zinnanti arbeitete an einem Experiment mit Nanometer kleinen Diamantpartikeln, die sie für einen ganz anderen Zweck vorgesehen hatte. Die Forscherin war überrascht, als sie die drei bis fünf Nanometer kleinen Partikel in Kapseln aus Gelatine gab. Die Idee ist, die Kapseln als Transport­mittel für Medikamente einzusetzen. Der Diamantstaub sollte dabei helfen, die Kapseln zu erhitzen und aufzubrechen, damit die Medikamente freigesetzt werden. Jelena nahm an, dass Diamantstaub mit seinen thermischen Eigen­schaften hierfür ein geeignetes Material ist.

„Ich hatte vor, den Diamant­staub lediglich dafür einzusetzen, die Medikamente-Kapseln zu erhitzen“, erinnert sich Jelena. „Ich verwendete Gadolinium, um die Position der Staubpartikel zu verfolgen. Ich wollte eigentlich wissen, ob sich die Kapseln mit den Diamanten im Inneren besser erwärmen würden. Bei den ersten Tests war ich frustriert, weil Gadolinium aus der Gelatine austrat – so wie es aus dem Blutkreislauf in das Gewebe eines Patienten austritt. Ich beschloss, Gadolinium wegzulassen. Als ich Tage später MRT-Bilder aufnahm, war ich überrascht. Die Kapseln waren immer noch hell. Wow, das ist interessant, dachte ich! Der Diamantstaub scheint bessere signal­verstärkende Eigen­schaften zu haben als Gadolinium. Das hatte ich nicht erwartet.“

Jelena führte diese Erkenntnisse weiter, indem sie den Diamantstaub in lebende Hühner­embryonen injizierte. Sie entdeckte, dass Gadolinium wie erwartet überall hin diffundierte, die Diamant-Nanopartikel jedoch in den Blutgefäßen blieben, sich nicht ins Gewebe ausbreiteten – und später im MRT, so wie in den Gelatinekapseln, hell leuchteten. Andere Wissenschafts­teams hatten zuvor ähnliche Ergebnisse mit Diamantpartikel, die an Gadolinium gebunden waren, publiziert. Jedoch hat bisher noch niemand gezeigt, dass Diamantstaub alleine für sich ein Kontrastmittel sein könnte.

„Warum Diamantstaub in unserem MRT hell leuchtet, ist uns immer noch ein Rätsel“, sagt Jelena, die mit Metin Sitti und Forschenden der Abteilung für Physische Intelligenz sowie mit Eberhard Göring vom Nachbar­institut, dem MPI für Festkörperforschung, zusammen­arbeitete. Über den Grund für die magnetischen Eigenschaften des Staubs kann sie nur mutmaßen: „Ich denke, die winzigen Teilchen haben Kohlenstoffe, die leicht para­magnetisch sind. Möglicher­weise haben die Teilchen einen Defekt in ihrem Kristall­gitter, der sie leicht magnetisch macht. Deshalb verhalten sie sich wie das T1-Kontrastmittel Gadolinium. Zudem wissen wir nicht, ob Diamantstaub möglicher­weise giftig sein könnte, was in Zukunft sorgfältig untersucht werden muss.“ Sollte sich Diamantstaub als sicher und gut verträglich für Patienten erweisen, so könnte er laut Jelena möglicher­weise eine Alternative zu bisherigen Kontrastmitteln in der MRT darstellen. 

MPI-IS / JOL

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