Federführende Wissenschaftler

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg und Prof. Dr. Dr. h. c. N. Jon Shah Forschungszentrum Jülich

Die Helmholtz-Zentren Forschungszentrum Jülich GmbH und Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg haben im Rahmen der Ausschreibung für die Nationale Roadmap für Forschungsinfrastrukturen des BMBF einen gemeinsamen Antrag zum Aufbau einer National Biomedical Imaging Facility (NIF) eingereicht. Der Antrag wurde exzellent bewertet und es wird kurzfristig über eine Förderung entschieden.

Die Lebensbedingungen in Europa verbessern sich zunehmend, doch zugleich häufen sich Zivilisationskrankheiten wie Krebs, Diabetes, Demenz, Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie bestimmte neuropsychiatrische Erkrankungen. Die Forschung sucht intensiv nach Wegen, diesen Krankheiten vorzubeugen, sie früher zu erkennen und besser zu behandeln. Wichtige Voraussetzungen dafür sind die Entwicklung leistungsstarker hochauflösender Bildgebungstechnologien sowie der leichte Zugang zu ihnen.

Das FZJ und das DKFZ planen als führende Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Ultra Hochfeld MRT und multimodalen Bildgebung die Schaffung einer erstklassigen Bildgebungsinfrastruktur mit einmaliger Geräteausstattung

Mit dem Aufbau einer Nationalen Biomedizinischen Bildgebungseinrichtung (NIF) schaffen das Forschungszentrum Jülich (FZJ) und das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) eine mit hochmodernen Bildgebungsgeräten ausgestattete, bisher einmalige Forschungsinfrastruktur, die sowohl die Grundlagenforschung, als auch die klinische Anwendungen fördern wird. Die Infrastruktur wird Forschenden aus aller Welt offenstehen. Forscher der NIF werden maßgeblich an der Entwicklung von bildgebenden Systemen arbeiten, um diese der medizinischen Forschung zur Verfügung zu stellen. Die einzigartigen bildgebenden Systeme werden dazu beitragen, die Entstehung und Entwicklung verschiedener Erkrankungen besser zu verstehen und die erhaltenen Erkenntnisse früh in die klinische Praxis zu transferieren. Eine enge Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie sichert den Transfer in die klinische Anwendung.

Die Eckpunkte der NIF: Wissenschaftliche Vision, offene Struktur und Relevanz der Forschungsinfrastruktur

Frühe Diagnosen und neue Therapieansätze dank innovativer Bildgebungsverfahren

Die von NIF weiterentwickelten hochauflösenden Bildgebungstechnologien werden innovative Forschungsarbeiten ermöglichen. Dies gilt für die Krebsforschung, wie auch für die Neurowissenschaften und im Speziellen für die Untersuchung des menschlichen Gehirns.

Nach dem vollständigen Aufbau der NIF wird mit Geräten der nächsten Generation, wie z.B. der 14 T Human MRT und der 7T Konnektom Scanner, eine multidimensionale Darstellung mit einer noch nie dagewesenen Detailgenauigkeit des SFM Konnektoms erstellt.

So soll die NIF zur Erforschung des Konnektoms beitragen. Als Konnektom bezeichnet man die Gesamtheit der Verbindungen im Nervensystem eines Lebewesens. Zahlreiche neurologisch/psychiatrische Erkrankungen wie Schizophrenie, Morbus Alzheimer oder ADHS werden durch ein verändertes Konnektom charakterisiert. Ein tieferes Verständnis der Verbindungen des Nervensystems führt zu neuen Therapieansätzen. Im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Vision der NIF steht die umfassende Darstellung des menschlichen Konnektoms in vivo mit seiner Struktur, Funktionalität und Stoffwechsel – das SFM Konnektom. Alle drei Aspekte sollen erstmals in einem strukturell-funktionell-metabolischen Konnektom erfasst werden und einen weltweit einzigartigen Datensatz bilden, der zu einem tiefen Verständnis der Entstehung von Krankheiten beitragen wird.

Die Daten der E-Infrastruktur werden zunächst den Wissenschaftlern der NIF und später in einem offenen Nutzungskonzept der Wissenschaft zur Verfügung gestellt. Hierbei werden dem Datenschutz und der Anonymisierung der Datensätze höchster Stellenwert eingeräumt.

Verbesserte Diagnosen durch leistungsstärkere MRT-Systeme

Eine Kernaufgabe der Forschungsinfrastruktur NIF ist die Weiterentwicklung von Bildgebungstechnologien, beispielsweise durch die Entwicklung leistungsstärkerer Magnetresonanztomographie-Systeme, um Durchbrüche bei der Diagnose von Krebskrankheiten zu erzielen. Aktuelle MRT-Systeme im klinischen Alltag arbeiten mit magnetischen Feldstärken von 1,5 bis 3, selten bis zu 7 Tesla. Erhöht sich die magnetische Feldstärke, erhöhen sich ebenfalls die gemessenen Signale; die Messzeiten verkürzen sich, beziehungsweise die Auflösung der Bilder wird erhöht.
Ein Meilenstein von NIF@DKFZ stellt daher die Entwicklung eines einzigartigen 14 Tesla Ganzkörper-MRT-Systems dar. Das 14 Tesla MRT geht weit über die Leistungsfähigkeit bisheriger MRT-Systeme hinaus und schafft perspektivisch die Grundlage für die Entwicklung eines 20 Tesla-Systems im kommenden Jahrzehnt. Die Magnetresonanztomografie als nichtinvasive Technik stellt bei einer Feldstärke von 14 Tesla ein wesentliches Werkzeug bei der Untersuchung von Krebserkrankungen und für klinische Langzeitstudien in den Neurowissenschaften dar. Dadurch wird es möglich, Veränderungen der Anatomie, der Gefäße und des Stoffwechsels frühzeitig zu entdecken und zu behandeln.
Darüber hinaus vereint die NIF@FZJ neben der Magnetresonanztomografie (MRT) erstmals weitere hochauflösende und leistungsfähige bildgebende und bildanalysierende Verfahren der Medizintechnik – wie beispielsweise die Positronen-Emissions-Tomografie (PET), die Magnetoenzephalografie (MEG), die Elektroenzephalografie (EEG) sowie deren Kombination in Hybridgeräten. Die NIF bietet damit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern Zugang zu Geräten, die einzigartig sind oder nur vereinzelt an ausgewählten Forschungszentren zur Verfügung stehen. Die damit verbundenen Impulse für die Forschung lassen einen Durchbruch in der Diagnostik erwarten, um Krebs, Erkrankungen des Nerven- oder Herzkreislaufsystems, Demenz oder Diabetes erheblich zuverlässiger zu diagnostizieren.

Offenes Nutzungskonzept und neue technische Standards

Die Nationale Biomedizinische Bildgebungseinrichtung ermöglicht einen offenen Zugang für die gesamte Forschungsgemeinschaft. Nationale und internationale Forschungsgruppen erhalten die Möglichkeit, neue Ideen voranzubringen und innovative Methoden und Therapien zu entwickeln. Der Zugang zur Forschungseinrichtung wird anhand wissenschaftlicher Relevanz geregelt, die durch ein strenges Prüfverfahren bestimmt wird. Eine eigene E-Infrastruktur garantiert für alle Phasen des Daten-Zyklus (Aufnahme, Verarbeitung, Speicherung, Analyse, Distribution) eine einheitlich hohe Qualität. Die Open-Data-Strategie des NIF ermöglicht außerdem weiteren Forschungsgruppen eine Zweitverwertung der wissenschaftlichen Daten nach Abschluss der primären Phase eines Projekts.

Die NIF wurde als offene Nutzerplattform konzipiert. Projekte werden von einem internationalen Peer Review Komitee bewertet. Als Ergebnis wird dem Projekt Messzeit an einem der NIF Standorte zugewiesen. Zusätzlich steht die NIF auch weiteren Partnern offen.

Die NIF wird vom Forschungszentrum Jülich und dem Deutschen Krebsforschungszentrum aufgebaut und betrieben. Wichtige Kooperationspartner sind Universitäten und Unikliniken sowie führende Forschungsinstitute in den Bereichen der Krebs-, Infektions- und Herz-Kreislauf- Forschung. Darüber hinaus unterstützen weltweit agierende Unternehmen der Medizintechnik das Projekt. Biotechnologie- und Pharmaunternehmen werden eingebunden, um eine schnelle und effiziente Umsetzung der Forschungsergebnisse in die Entwicklung von Therapien und Medikamenten zu fördern. Die NIF wird dazu beitragen, dass Deutschland zu einem der weltweit attraktivsten Standorte für biomedizinische Bildgebung wird. Von der hochmodernen Infrastruktur, den damit verbundenen Ausbildungsangeboten und Möglichkeiten zur interdisziplinären Zusammenarbeit werden Forscherinnen und Forscher aus aller Welt und insbesondere auch der wissenschaftliche Nachwuchs profitieren.

Existierende Kompetenzbereiche am DKFZ und FZJ werden in der NIF zusammengeführt und genutzt.

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