13C Hyperpolarisation

Das MR-Signal in lebendem Gewebe ist grundsätzlich durch eine extrem geringe thermische Polarisation begrenzt. Durch den Einsatz von Hyperpolarisationsverfahren wie der dynamischen Kernpolarisation (d-DNP) kann die Polarisation von Kohlenstoff-13 (13C) um mehrere Größenordnungen erhöht werden, was MR-Anwendungen im Stoffwechselbereich mit bisher unerreichter Empfindlichkeit ermöglicht. Nach der Verabreichung von hyperpolarisierten 13C-markierten Substraten wie [1-13C]Pyruvat überträgt der Zellstoffwechsel die 13C-Markierung auf nachgeschaltete Moleküle. Da jeder Metabolit eine eindeutige 13C-Resonanzfrequenz aufweist, ermöglicht die dynamische 13C-MR die Echtzeitverfolgung von Stoffwechselumwandlungsraten, einschließlich Stoffwechselwegen, die für die Krebsbiologie von hoher Relevanz sind, wie beispielsweise der Pyruvat-Laktat-Fluss.

Unsere Forschung integriert Physik, Chemie, Biomedizintechnik und klinische/pharmazeutische Wissenschaften und schafft so ein hochgradig interdisziplinäres Umfeld für die Entwicklung und Anwendung von hyperpolarisierter 13C-MR. Der aktuelle Schwerpunkt unserer Arbeit liegt auf präklinischen Anwendungen in der Onkologie und Neurowissenschaft, die von kontrollierten In-vitro-Systemen bis hin zu Studien an Kleintieren reichen und das SpinAligner (Polarize)-System zur Polarisation nutzen. Parallel zu diesen experimentellen Bemühungen treiben wir die Entwicklung schneller und quantitativer 13C-MR-Sequenzen voran und entwickeln neue molekulare Sonden, um die zugängliche Stoffwechsellandschaft zu erweitern.

Parallel dazu arbeiten wir an der klinischen Umsetzung der hyperpolarisierten 13C-Stoffwechsel-MRT unter Verwendung des Polarisationssystems Spinlab (GE Healthcare). Diese kombinierten präklinischen und translationalen Bemühungen zielen darauf ab, die diagnostischen und mechanistischen Möglichkeiten der Stoffwechsel-MRT auf klinisch relevante Fragen in der Onkologie und Neurowissenschaft auszuweiten.