Selektive und quantitative Magnetpartikel-Bildgebung von magnetisch markierten Zellen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Norbert Löwa
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455706279

Die Bildgebungsmethode Magnetic Particle Imaging (MPI) nutzt magnetische Nanopartikel (MNP) als signalerzeugende Sonden, um deren Verteilung im Körper quantitativ und mit hoher zeitlicher Auflösung zu erfassen. Dabei ist die MPI-Signalentstehung, und demzufolge auch die Bildqualität, wie bei keinem anderen der bekannten Bildgebungsverfahren von den Eigenschaften der MNP abhängig. Diese werden sowohl von der Partikelstruktur aber vor allem auch von der kolloidalen Umgebung der MNP bestimmt. Mit der Verfügbarkeit von kommerziellen MPI-Scannern und einem breiten Angebot an MNP mit nachgewiesener MPI-Tauglichkeit sind nun die notwendigen technologischen Grundlagen geschaffen, um die Eignung der MPI-Technologie bei der Untersuchung klinischer Forschungsfragen aufzuzeigen.Insbesondere die Visualisierung von Entzündungszellen mit Hilfe von MPI kann einen signifikanten Mehrwert im Vergleich zu etablierten Bildgebungsverfahren liefern. Schließlich besitzt die MPI-Methode das Potential, Zellen in Echtzeit zu verfolgen und gleichzeitig Informationen über den Zellzustand oder Zelltyp bereitzustellen. Zuvor müssen die Zellen mit geeigneten MNP beladen werden, bevor sie mittels MPI verfolgt werden können.In diesem Projekt soll die Eignung der MPI-Technologie zur selektiven und quantitativen Visualisierung von Zellen untersucht werden. Es soll geprüft werden, ob eine Co-Lokalisation sowohl von unterschiedlichen Zellpopulationen als auch von unterschiedlichen Zellzuständen möglich ist, ohne dabei die Vorteile der MPI Bildgebung wie die hohe zeitliche Auflösung und Quantisierbarkeit aufzugeben. Nur wenig ist bisher bekannt über die Internalisierung von MNP durch Zellen und die dadurch hervorgerufenen Signalveränderungen in der MPI-Bildgebung. Aus diesem Grund sollen systematisch Zusammenhänge zwischen dem MPI-Signal und dem biologischen Verhalten der MNP, dem zellulären Aufnahme- und Abbauprozess sowie dem physiologischen Zustand der Zellen analysiert werden. Um anschließend für die Bildgebung einheitliche Populationen MNP-beladener Zellen bereitzustellen, soll eine magnetische Vorselektion etabliert werden. Sie bildet die notwendige Grundlage, die einerseits eine signifikante Steigerung der MPI-Signalausbeute und bessere Differenzierbarkeit erlaubt und andererseits in der Anwendung eine reproduzierbare und zuverlässige Applikation der Zellen verspricht. Die selektive und quantitativen Bildgebung von MNP-beladenen Monozyten soll mit Hilfe adaptierter Rekonstruktionsalgorithmen realisiert werden. Geeignete Phantome sowie ein Atherosklerose-Modell dienen zur Demonstration und Bewertung der Leistungsfähigkeit eines präklinischen MPI-Scanners zur selektiven und quantitativen Zellbildgebung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Privatdozentin Dr. Antje Ludwig