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Prof. Dr. Jörg van den Hoff
Head PET / TU Dresden
Head Positron Emission Tomography
j.van_den_hoffAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2621, +49 351 4585068
Fax: 12621, 3661

Prof. Dr. Jens Pietzsch
Head Radiopharmaceutical Biology / TU Dresden
Head Radiopharmaceutical and Chemical Biology
j.pietzschAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2622
Fax: 12622, 3661

Magnet-Resonanz-Tomographie und -Spektroskopie


Überblick

Die Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) ist ein nicht-invasives bildgebendes Verfahren zur in vivo- Darstellung von unterschiedlichen Geweben und Strukturen im Inneren des Körpers. Mit Hilfe einer MRT kann man Schnittbilder des menschlichen oder tierischen Körpers erzeugen, wobei im Vergleich zur Computertomographie mittels Röntgenstrahlung vor allem der hohe Weichteilkontrast als Vorteil zu nennen ist. Die MRT nutzt zur Bildgebung magnetische Felder und hochfrequente elektromagnetische Wellen, ist also im Gegensatz zur Computertomographie (CT) und zur Positronen-Emissions-Tomographie (PET) nicht auf die Verwendung ionisierender Strahlung angewiesen. Ausgenutzt werden vielmehr (kern)magnetische Eigenschaften des untersuchten Gewebes. Grundlage für den Bildkontrast ist hierbei die unterschiedliche Protonendichte und Zusammensetzung der untersuchten Gewebearten und Organe. In der medizinischen Diagnostik ist die MRT ein etabliertes Verfahren zur Untersuchung verschiedenster Krankheitsbilder. Darüberhinaus sind funktionelle und ortsaufgelöste spektroskopische Untersuchungen von zunehmendem Interesse und Gegenstand der Forschung. Mit Hilfe der Magnet-Resonanz-Spektroskopie (MRS) können Konzentrationen von Stoffwechselprodukten (Metaboliten) in vivo untersucht werden. Durch den Vergleich der relativen Metabolitenkonzentrationen in gesundem und krankhaft verändertem Gewebe können Rückschlüsse auf die Veränderungen des Stoffwechsels gezogen werden. Die Informationen, welche mittels der MRS gewonnen werden, tragen somit zur Aufklärung (patho-)physiologischer Prozesse bei. Der an unserem Institut installierte Kleintier-Magnet-Resonanz-Tomograph (Abbildung 1) liefert wertvolle Informationen, die komplementär zu den durch die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und weitere in vivo- und in vitro-Untersuchungsverfahren gewonnenen Informationen sind.


Forschung am Magnet-Resonanz-Tomographen

Im PET-Zentrum wird seit 2005 der Kleintier-Magnet-Resonanz-Tomograph BioSpec 70/30 (Bruker BioSpin MRI GmbH, Ettlingen, Germany) betrieben (Abbildung 1). Der Tomograph besitzt ein Magnetfeld von 7 Tesla und ist mit einem "Mini Imaging"-Gradientenspulen System (Gradientenfeldstärke 400 mT/m) ausgestattet.


Forschungsschwerpunkte:


1. Tumorforschung

Die MRT wird in diesem Bereich eingesetzt, um eine hochaufgelöste morphologische Bildinformation experimenteller Tumoren zu erhalten. Diese können dann z.B. mit den funktionellen Daten der PET fusioniert werden, siehe Abbildung 2.

 

Mittels MRS erhält man spezifische Aussagen zum Tumorstoffwechsel. Als Beispiel sind hier zwei Spektren eines Tumors vor und nach experiementeller Bestrahlung (Abbildung 3) gezeigt. Interessant ist der Peak bei 3.2 ppm; er zeigt das Signal des Moleküls Cholin (ein Indikator für starkes Zellwachstum). Nach Bestrahlung ist dieser Peak nicht mehr zu sehen, woraus sich der Schluß ergibt, dass die gewählte Bestrahlungsdosis zu einer starken Reduzierung des (Tumor-)Zellwachstums führt.


2. Stoffwechselforschung an Fettgewebe

Die MRT ermöglicht es, durch geeignete Wahl der Aufnahmesequenz verschiedene Gewebetypen zu unterscheiden. Sehr gut ist dieser Kontrastunterschied verwendbar, um intra-abdominelles und subkutanes Fett von anderen Geweben zu differenzieren (Abbildung 4). Diese Möglichkeit zur Unterscheidung ist von Interesse, da vor allem das intra-abdominelle Fettgewebe stark an metabolischen Prozessen beteiligt ist, welche mit Stoffwechselerkrankungen wie dem Metabolischen Syndrom einhergehen. Mit Hilfe der MRS kann überdies die genaue Zusammensetzung des intra-abdominellen Fettgewebes bestimmt werden. Anhand der 9 verschiedenen Lipidpeaks in Abbildung 5 kann berechnet werden, wie viele gesättigte, einfach ungesättigte und mehrfach ungesättigte Fettsäuren sich im Fettgewebe befinden. Anhand dieser Information ist es möglich, Aussagen über den derzeitigen metabolischen Zustand des Fettgewebes zu machen.


3. Zusammenarbeit mit anderen Einrichtungen

In Zusammenarbeit mit dem OncoRay werden Experimente durchgeführt, um neue Zellmarkierungsstrategien zu entwickeln. In Abbildung 6 ist exemplarisch gezeigt, dass markierte Zellen (mit Gadolinium oder Mangan markiert) den Kontrast in ihrer Umgebung verändern.

 
Abbildung 1: Kleintier-Magnet-Resonanz-Tomograph BioSpec 70/30


Abbildung 2: Die Abbildung zeigt eine PET-Aufnahme (Oben), eine MRT-Aufnahme (Mitte) und die Fusion der Aufnahmen (Unten) eines Tumors am Bein einer Maus. Deutlich zu sehen ist die unterschiedliche Anreicherung des PET-Tracers in verschiedenen Bereichen des Tumors.


Abbildung 3: Protonenspektrum eines Tumors vor (schwarze Kurve) und nach (rote Kurve) Bestrahlung.


Abbildung 4: Die Abbildung zeigt die Fettverteilung (orange hervorgehoben) innerhalb einer Maus. Gezeigt ist der Bereich zwischen Schulter und Schwanzwurzel.


Abbildung 5: Magnet-Resonanz-Spektrum des intra-abdominellen Fettgewebes einer Maus. Deutlich zu sehen sind 9 verschieden Peaks (P1 - P9), welche typisch für Fettgewebe sind.


Abbildung 6: Die Abbildung zeigt mit Mangan und Gadolinium markierte Zellen (innerhalb der Kreise). Gezeigt sind Zellen mit Transfektionsmittel (links oben), Zellen mit Transfektionsmittel welche mit Gadolinium markiert wurden (rechts oben), Zellen mit Transfektionsmittel welche mit Mangan markiert wurden (links unten) und Zellen die nicht markiert wurden (rechts unten). Deutlich ist die unterschiedliche Signalintensität der verschieden markierten Zelle zu erkennen.

 

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