Rostiger Scharfblick

Physik Journal - Eisenoxid-Nanopartikel eignen sich als Kontrastmittel für kleine und günstige Kernspintomographen.

Mit Magnetfeldern von bis zu sieben Tesla Stärke liefern Kernspintomographen scharfe Aufnahmen aus dem Inneren des Körpers. Dieses Bildgebungsverfahren auf der Grundlage der Magnetresonanz von Protonen im Körpergewebe gehört seit 30 Jahren zum Alltag in der medizinischen Diagnostik. Bernhard Gleich und Jürgen Weizenecker vom Philips-Forschungszentrum für Medizintechnik in Hamburg gingen nun einen Schritt weiter und nutzten direkt magnetische Eisenoxid-Nanopartikel als Kontrastmittel. Eingelagert in einen Kunststoffträger lieferten diese Nano-Rostteilchen in ersten Laborversuchen gerasterte Bilder mit einer Auflösung unterhalb einem Millimeter. Die Forscher hoffen, dass diese Nanoteilchen in Zukunft durch die Blutbahnen von Patienten treiben könnten – eingehüllt von einem körperverträglichen Polysaccharid (Dextran). So sollen sie eine Grundlage bilden, um mit einfacheren Geräten kontrastreiche Bilder aus dem Körper zu gewinnen.

Bisher befindet sich dieses „magnetic particle imaging“ in einer frühen Versuchsphase. Im Unterschied zu dem Umklappen des Protonenspins bei der klassischen Magnetresonanz-Technologie wertet dieses Verfahren direkt die Magnetisierung dieser Sensor-Partikel aus. Von zentraler Bedeutung ist hierbei das Zusammenspiel eines inhomogenen, externen Magnetfelds mit oszillierenden Radiowellen. Das äußere Magnetfeld magnetisiert einzelne Partikel unterschiedlich stark, sodass es nur teilweise zu einer magnetischen Sättigung kommt. In den „feldfreien“ Bereichen dagegen reagieren die Eisenoxid-Partikel auf das zweite, oszillierende Radio­feld mit Wellenlängen um einen Kilometer (25,25 kHz) mit einer oszillierenden Magnetisierung. Genau diese wird über Magnetsonden gemessen und ermöglicht Bilder mit hohen Kontrastwerten im Vergleich zu der klassischen Magnetresonanz-Technik.

Allerdings liefern diese Daten noch keine Positionsangaben der Partikel. Dafür verschoben Gleich und Weizenecker die handliche Probe aus Kunststoffträger und Nanopartikel um kleine Strecken, so dass immer andere Partikel in dem Kunststoffträger in den feldfreien Bereich kommen und mit einer oszillierenden Magnetisierung reagieren konnten. Stück für Stück ließ sich so eine Probe abrastern. In drei Dimensionen erreichten die Forscher eine Ortsauflösung von bis zu 300 Mikrometern. Zwar bieten auch klassische Kernspintomographen eine Auflösung von weit unter einem Millimeter, doch werden dazu größere Geräte und stärkere Magnetfelder benötigt. Gleich und Weizenecker sehen sich selbst noch am Anfang ihrer Entwicklungen. Doch mit ihren treibenden Magnetpartikeln halten sie prinzipiell kleinere und günstigere Geräte für hochaufgelöste Bilder aus dem Körperinneren für möglich.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, August/September 2005

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  B. Gleich und J. Weizenecker, Nature 435, 1214