Pictures of the Future      Herbst 2008

Magnetische Mikroskope

Gemeinsam mit Forschern der Helmholtz-Gemeinschaft arbeitet Siemens an bildgebenden Verfahren zur Früherkennung und Therapie von Krebs, Herz-Kreislauf- und neuronalen Erkrankungen.

Wir werden immer älter – eigentlich eine erfreuliche Entwicklung –, aber mit der steigenden Lebenserwartung wächst auch die Zahl der Demenzkranken. Umso wichtiger sind deshalb Fortschritte beim Verständnis des gesunden und des kranken Gehirns. Zu den ersten Adressen zählt hier das Forschungs­zentrum (FZ) Jülich, wo Wissenschaftler unseren Denkapparat genauestens untersuchen. Das FZ Jülich ist eines von vier Forschungszentren der Helm­holtz-Gemeinschaft, mit denen Siemens im Bereich Gesundheit zusammen­arbeitet.

Künftig werden die Jülicher Forscher noch tiefer in die Geheimnisse des Gehirns eindringen können – dank modernster Bildgebung von Siemens. Ab Herbst 2008 gestattet ein weltweit einmaliges "Mikroskop" detaillierte Blicke in den menschlichen Schädel: die Kombination eines Magnetresonanz-Tomo­graphen (MRT) mit der gewaltigen Feldstärke von 9,4 T und eines Positronen-Emissions-Tomographen (PET). "Mit unserem neuen Gerät können wir krankes Gewebe und Strukturveränderungen des Gehirns auf 50 µm genau lokalisieren. Auch Funktionsanalysen sind möglich", freut sich Professor N. Jon Shah, Direktor am Institut für Neurowissenschaften und Biophysik des FZ Jülich und Leiter der Gruppe Brain Imaging Physics.

Die beiden Teilsysteme des einzigartigen Großgeräts besitzen unterschied­liche Vorteile: Durch das extrem starke Magnetfeld des MRT erhöht sich die Auflösung der Bilder um den Faktor 2,5 im Vergleich zu einem Modell mit 1,5 T (siehe Pictures of the Future, Herbst 2005, Kooperationen und 7 Tesla). Der PET wiederum kann Hirnaktivitäten und Stoffwechselvorgänge sichtbar machen, was Rückschlüsse auf die Rezeptordichte der Nervenzellen und Tumorgewebe zulässt. "Genauere Erkenntnisse über krankhafte Veränderun­gen im Gehirn könnten helfen, das Fortschreiten von Krankheiten wie Alzheimer um Jahre aufzuschieben, etwa durch frühzeitiges Verabreichen von Medikamenten", sagt Shah. Noch 2008 soll das System Testbilder liefern, der erste Patient soll Anfang 2009 durchleuchtet werden. Auch Siemens verspricht sich viel von der Kooperation. "Durch das Projekt lässt sich klären, ob es neue Anwendungen für MRT sowie die Kombination aus MRT und PET gibt – etwa bei der Erforschung von Alzheimer und Parkinson oder in der Onkologie", sagt Dr. Robert Krieg, der bei Siemens Healthcare die Geschäftsentwicklung für MR vorantreibt.

Krebsforschung mit 7 Tesla. Zum exklusiven Club der Helmholtz-Forschungs­zentren gehört auch das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg. Als Teil einer strategischen Allianz zwischen dem DKFZ und Siemens wurde ein 7T-MRT-Prototyp errichtet – es ist das erste Mal, dass ein Gerät dieser Leistungsfähigkeit für die Krebsforschung erprobt wird. Ziel ist es etwa, Tumore früher zu erkennen oder den Verlauf einer Behandlung besser zu kontrollieren. Bei der Untersuchung von Tumoren wollen die DKFZ-Forscher nicht nur Gestalt und Größe des Geschwürs feststellen – also die Morpholo­gie –, sondern auch Informationen über seine Mikroumgebung gewinnen: Wie gut ist der Tumor mit Blutgefäßen versorgt? Wie kann er optimal bestrahlt werden? Welche Hinweise geben uns die spektroskopischen Untersuchun­gen über seinen Stoffwechsel? "Bei konventionellen Geräten liegt die Auf­lösung bei morphologischen Untersuchungen in der Praxis bei 2 bis 3 mm", sagt Prof. Wolfhard Semmler von der Abteilung Medizinische Physik in der Radiologie beim DKFZ. "Der neue 7T-MRT wird voraussichtlich eine Auflösung von weniger als 1 mm liefern." Die höhere Auflösung erleichtert nicht nur die Suche nach Metastasen, auch die Bösartigkeit des Tumors lässt sich damit präziser feststellen – etwa dank Details über seinen Blutgefäßbaum.

Der erste Proband soll noch in diesem Jahr untersucht werden. "Wir wollen herausfinden, wie man 7T-MRT bei der Diagnose von Tumorerkrankungen einsetzen kann", sagt Franz Schmitt, Leiter Ultra-Hochfeld-Bildgebung und Kooperationsmanagement bei Siemens Healthcare. "Im Rahmen der Kooperation soll geklärt werden, bei welchen Anwendungen die höhere Feld­stärke Vorteile bringt." Zudem verspricht sich Siemens Erkenntnisse über Sequenzen und Protokolle für die klinische Praxis, also etwa darüber, welche Messparameter für die Diagnostik optimal sind. "Im Moment ist der 7T-MRT-Prototyp noch ein rein wissenschaftliches Instrument. Durch die Zusammen­arbeit soll daraus in einigen Jahren ein Produkt werden", erklärt Schmitt.

Störungen im Stoffwechsel. Neuland betreten auch die Wissenschaftler am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin-Buch (MDC). Siemens lieferte im September 2008 für das dortige Zentrum für experimentelle und klinische Forschung einen 7T-MRT vor allem für die Erforschung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, was weltweit einmalig ist. Mit ihm wollen die Wissen­schaftler neue Erkenntnisse über Herzinfarkt und Schlaganfall gewinnen. Dazu werden Kleintiere in einem speziellen 9,4T-MRT untersucht: Die Forscher verändern deren Genom und stellen dann mit der Magnetresonanz-Spektro­skopie fest, welche Auswirkungen das auf den Stoffwechsel hat. Aus diesen Erkenntnissen wollen sie im Umkehrschluss auf die genetischen Ursachen von Stoffwechselstörungen bei Menschen schließen. Der 7T-MRT soll bis Anfang 2009 betriebsbereit sein.

Das Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) wiederum ist das Er­gebnis einer Zusammenarbeit von Siemens und der Gesellschaft für Schwer­ionen­forschung (GSI) in Darmstadt. Im HIT werden Krebspatienten mit Atom­kernen – schweren Ionen – aus einem Teilchenbeschleuniger beschossen (siehe Pictures of the Future, Frühjahr 2004, Partikeltherapie und Herbst 2007, Schwerionen-Therapiezentrum). Diese Strahlen geben ihre Energie in einem eng definierten Bereich im Körper ab und erlauben eine präzise und schonen­de Behandlung – z.B. bei Tumoren an der Wirbelsäule. Das HIT wird voraus­sichtlich im Herbst 2008 die ersten Patienten bestrahlen, der Vollbetrieb ist für die zweite Hälfte 2009 geplant.
                                                                                                                 Christian Buck