Neue Einblicke mit Xenon-Biosensoren

Im Kernspintomographen (MRT) kann man zwar unterschiedliche Gewebearten sichtbar machen, aber wenig Feinheiten wie Zelltypen oder Stoffwechselprodukte in geringer Konzentration erkennen. Das gelingt besser mit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) mit Hilfe von radioaktiven Isotopen, doch hier ist die räumliche Auflösung geringer und die Diagnose ist mit Strahlenbelastung verbunden.

Die Vorteile beider Methoden könnte einmal ein ganz neues Verfahren vereinen, an deren Grundlagen derzeit am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) gearbeitet wird. Wie beim MRT wird auch hier der Kernspin von Atomkernen genutzt, die sich in sehr hohen Magnetfeldern entsprechend dem Magnetfeld ausrichten. Je nach chemischer Umgebung treten sie dann mit Radiowellen in Wechselwirkung; ein Computer kann aus den zurückgesandten Signalen ein Bild errechnen.

Anders als beim herkömmlichen Verfahren messen die Forscher am FMP nicht die Resonanz von Wasserstoff-Atomen, die im menschlichen Körper zwar allgegenwärtig sind, aber nur schwache Signale aussenden. Stattdessen reichern sie die Proben mit „hyperpolarisiertem“ Xenon an, dessen Atomkerne in Summe weit stärkere Signale aussenden. Patienten sollen das ungiftige Edelgas einatmen, so dass es sich zunächst in der Lunge und über das Blut im Körper verteilt. Zugleich bekäme der Patient maßgeschneiderte Biosensoren injiziert, die sich je nach Fragestellung zum Beispiel an bestimmte Tumorzellen oder auch an Arteriosklerose-Plaques anheften könnten. Die Biosensoren fangen zugleich mittels einer besonderen Käfigstruktur die Xenon-Atome ein, und die gesuchten Moleküle oder Zellen werden so im Magnetfeld sichtbar. Das Signal der Xenon-Atome wird durch die Biosensoren „gelöscht“. Da sie jeweils nur für wenige Millisekunden in den Molekülkäfig hinein diffundieren, werden während einer Aufnahme Tausende Atome quasi ausgeknipst, wodurch ein dunkler Fleck im Bild entsteht.

Laut einer Pressemeldung reichten die Forscher ihre Daten bei „Angewandte Chemie“ ein, und das renommierte Journal stufte die Arbeit sogleich als „Hot Topic“ ein.