Magnetpartikelbildgebung erstmals am Menschen erprobt

In Würzburg hat ein interdisziplinäres Team aus den Bereichen Physik und Radiologie einen Meilenstein in der medizinischen Bildgebung erreicht. Die Forschenden demonstrierten erstmals am Menschen eine neuartige Technologie, die Magnetpartikelbildgebung (MPI, englisch: Magnetic Particle Imaging). Patrick Vogel, der am Lehrstuhl für Experimentelle Physik 5 der Julius-Maximilians-Univer­si­tät Würzburg (JMU) tätig ist, hielt seinen Arm als Proband in den MPI-Scanner. Vogel war maßgeblich an der Entwicklung dieser Technologie beteiligt und führte das Experiment gemeinsam mit Viktor Hartung vom Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie des Uniklinikums Würzburg (UKW) durch. „Wenn man eine neue Bildgebung erstmals am Menschen erprobt, möchte man natürlich selbst erfahren, wie sich das anfühlt. Für mich war es daher selbstverständlich, auch als erster Proband zur Verfügung zu stehen“, berichtet der Physiker.

MPI gehört zu einer neuen Generation bildgebender Verfahren. Anstelle von Röntgenstrahlung oder radioaktiven Tracern nutzt MPI winzige magnetische Eisenoxid-Nanopartikel als Kontrastmittel. Diese werden in die Blutbahn injiziert und anschließend mit speziellen Magnetfeldern detektiert. Das Besondere daran ist: MPI detektiert ausschließlich die Nanopartikeln selbst, das umliegende Gewebe erzeugt kein Hintergrundsignal. Dadurch entstehen besonders kontrastreiche Bilder mit hoher zeitlicher Auflösung. Gleichzeitig kommt das Verfahren vollständig ohne ionisierende Strahlung aus.

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Körpereinblicke ohne Röntgen

Mit der ersten Anwendung von MPI am Menschen erreicht die Technologie einen wichtigen Meilenstein in ihrer Entwicklungsgeschichte. Seit rund zwanzig Jahren arbeiten die Teams in Würzburg an der Entwicklung der Magnetpartikelbildgebung – von den ersten physikalischen Konzepten über den Bau experimenteller Scanner bis hin zur Integration der Technologie in ein klinisches Umfeld.

„Dass wir diese Technologie nun erstmals am Menschen demonstrieren konnten, ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur klinischen Anwendung der Magnetpartikelbildgebung“, kommentiert Patrick Vogel den Beginn der translationalen Entwicklungsphase. „Damit zeigen wir, dass MPI nicht nur im Labor funktioniert, sondern auch unter realen klinischen Bedingungen eingesetzt werden kann.“

Im Rahmen der Studie führten die Forschenden eine Gefäßdarstellung am Arm durch. Dazu injizierten sie klinisch zugelassene Eisenoxid-Nanopartikel und nahmen deren Verteilung mit einem speziell entwickelten MPI-Scanner auf. Zum direkten Vergleich führten sie zusätzlich eine digitale Subtraktionsangiographie (DSA) durch, die derzeitige Standardmethode zur Darstellung von Blutgefäßen mittels Röntgenstrahlung.

Die Ergebnisse zeigen: Mit MPI konnten die wichtigsten oberflächlichen und tiefen Venen des Arms einschließlich ihrer Verzweigungen sichtbar gemacht werden. Die Bildrate lag bei zwei Bildern pro Sekunde und damit im Bereich klinischer Angiographieverfahren. „Die Bilder zeigen, dass wir die relevanten Gefäßstrukturen und den Blutfluss in Echtzeit darstellen können“, erklärt der Radiologe Viktor Hartung. „Das eröffnet perspektivisch neue Möglichkeiten für interventionelle Eingriffe – ohne Strahlenbelastung.“ Um die Sicherheit, Wirksamkeit und den klinischen Nutzen jedoch systematisch zu untersuchen, sind weitere präklinische und klinische Studien erforderlich.

Aus klinischer Sicht hat die Magnetpartikelbildgebung laut Thorsten Bley großes Potenzial. Der Direktor des Instituts für Diagnostische und Interventionelle Radiologie am UKW betont: „Wenn es gelingt, Gefäße in Echtzeit ohne ionisierende Strahlung darzustellen, könnte das langfristig neue Möglichkeiten für interventionelle Verfahren eröffnen.“

Aufgrund der engen Zusammenarbeit zwischen Physik und Medizin war es möglich diese Studie durchzuführen. Während die physikalischen Grundlagen und Scannertechnologien in der Experimentellen Physik entwickelt werden, bringt die Radiologie ihre Erfahrung in der klinischen Bildgebung und interventionellen Verfahren ein. „Solche Entwicklungen entstehen nur im engen Austausch zwischen Grundlagenforschung und klinischer Anwendung“, meint Biophysik-Professor Volker Behr, Leiter der MPI-Arbeitsgruppe am Lehrstuhl für Experimentelle Physik 5 an der JMU. „Unser Ziel ist es, neue physikalische Konzepte so weiterzuentwickeln, dass sie langfristig einen echten Mehrwert für die medizinische Diagnostik und Therapie bieten.“

Die Anwendung am Menschen ist Teil einer größeren Forschungsstrategie der JMU. Erst kürzlich wurde der Aufbau eines Süddeutschen Zentrums für Magnetic Particle Imaging (SMPI) an der JMU bewilligt, das von der DFG gefördert wird. Das Zentrum unter Behrs Leitung soll eine Infrastruktur schaffen, um MPI von der Grundlagenforschung bis hin zu medizinischen Anwendungen weiterzuentwickeln. [JMU / UKW / dre]