Molekulare Bildgebung mit 13C-hyperpolarisierten Tracern zur Differenzierung von abnormalem Gewebe in vivo
Final Report Abstract
Durch die Exzellenzakademie für Medizintechnik 2010 der DFG wurde die Bearbeitung verschiedener Aspekte der paraWasserstoff-basierten Verstärkung des Magnetresonanzsignals unterstützt. Hervorzuheben ist die Entdeckung der kontinuierlichen Hyperpolarisierung. Im Einzelnen können die Ergebnisse wie folgt zusammengefasst werden: 1. Der Polarisationsübertrag von pH2 auf 13C wurde für verschiedene Sequenzen aus der Literatur simuliert und hinsichtlich der Polarisationsausbeute, Dauer und Robustheit evaluiert. 2. Ein pH2-Generator für den Betrieb in einem Klinikum wurde entwickelt und aufgebaut. 3. Es wurde eine Niederfeld-MR Einheit entwickelt, welche die Detektion von thermischen und bei wenigen mT erlaubt. 4. Die Niederfeld-MR Einheit erlaubte es, die 1H- und 13C-Hyperpolarisationsausbeute von SABRE und PASADENA in situ zu quantifizieren. 5. Es wurde ein Einsatz für ein präklinischen MR-Systems entwickelt, welches pH2- Hyperpolarisierung mittels der PHINEPT+ Sequenz erlaubt. Mit diesem Einsatz war es möglich, die theoretisch robustere l-PHINEPT+ Methode und die Elektronik des MR Systems für die Hyperpolarisierung zu nutzen und die Hyperpolarisierung im Scanner zu erstellen, wo sie benötigt wird (und damit den Transportweg einzusparen). 6. Der Verlauf des hyperpolarisierten Signals von Gradientenechosequenzen (bSSFP, unbalanced SSFP und RF gespoilte GRE) und RARE basierte Sequenzen (RARE, TRAPS) simuliert und verglichen. Es wurden Parameter optimiert um eine längstmögliche hohe Signalausbeute zu erlangen. Schließlich wurde die Auswirkung von Diffusion auf das hyperpolarisierte Signal beim Optimieren der Signalausbeute berücksichtigt. Zudem wurde eine doppelt-resonante 1H-13C Solenoidspule für ein Magnetfeld von 7T für die Quantifizierung der Hyperpolarisationsausbeute gebaut. 7. Durch die in-situ Detektion des MR Signals bei niedrigen Feldern wurde die Entdeckung der kontinuierlichen Hyperpolarisation ermöglicht: Für alles praktischen Aspekte verhält sich dieses System bei einem Magnetfeld von 5 mT bezüglich der polarisierten Moleküle als wäre es einem Magnetfeld von mehreren hundert Tesla ausgesetzt. Dieses starke MR Signal erlaubte es, schnelle Bildgebung ohne starke Magnete sondern im Magnetfeld der Erde durchzuführen. Diese Ergebnisse wurden von der Presse aufgegriffen: Neben online-Veröffentlichungen wie z.B. Interviews mit dem Verband Deutscher Ingenieure (VDI) (http://www.ingenieur.de/Fachbereiche/Medizintechnik/Die-Roehre-bald-ausgedient) und der Medizintechnikmesse MEDICA (http://www.medica.de/cipp/md_medica/custom/pub/content,oid,45068/lang,1/ticket,g_u_e_s_t/local_lang,1), ist ein Artikel in der Frankfurter Allgemeine Zeitung vom 8.1.2014 (http://www.faz.net/aktuell/wissen/physik-chemie/fortschritt-bei-der-mrt-scharfe-schnitt-bilder-mit-dem-erdmagnetfeld-12740077-p2.html) sowie in der "Welt" vom 15.01.2014 erschienen.
Publications
- “On the Spin Order Transfer from Parahydrogen to Another Nucelus”, J Magnetic Resonance, 2012, 225, p. 25-35
Bär S, Lange T, Leibfritz D, Hennig J, v. Elverfeldt D, Hövener J-B
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jmr.2012.08.016) - "A hyperpolarized Equilibrium for MRI", nature communications 4: 2946, 2013
Hövener J-B, Schwaderlapp N, Lickert T, Duckett S, Mewis R, Highton L, Kenny S, Green G, Leibfritz D, Korvink J, Hennig J, von Elverfeldt D
(See online at https://doi.org/10.1038/ncomms3946) - “A battery-driven, low-field NMR unit for thermally and hyperpolarized samples”, Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine, 2013, 26 (5), p. 491-499
Borowiak R, Schwaderlapp N, Hüthe F, Lickert T, Fischer E, Bär S, Leupold J, Hennig J, v. Elverfeldt D, Hövener J-B
(See online at https://doi.org/10.1007/s10334-013-0366-7) - “A continuous-flow, high-throughput and –pressure pH2 converter for hyperpolarization in a clinical setting”, NMR in Biomedicine, 2013, 26 (2), p. 124-131
Hövener J-B, Bär S, Leupold J, Jenne K, Leibritz D, Hennig J, Duckett S, v. Elverfeldt D
- " In situ detection and quantification of nuclear hyperpolarization through SABRE", Analytical Chemistry, 2014
Hövener J-B, Schwaderlapp N, Borowiak R, Lickert T, Duckett S, Mewis R, Highton L, Green G, Hennig J, von Elverfeldt D
(See online at https://doi.org/10.1021/ac403653q)
