Erzeugung hochsensitiver molekularer Biomarker für die 19F Hoch- und Tieffeld-NMR durch Transfer der Parawasserstoff-induzierten Hyperpolarisation von 1H auf 19F

• Applicant: Professor Dr. Johannes Bernarding
• Subject Area: Nuclear Medicine, Radiotherapy, Radiobiology
• Term: from 2009 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 90150357

Die geringe Empfindlichkeit der NMR bildet das Haupthindernis zur Untersuchung molekularer Prozesse in der Biomedizin mittels Magnetresonanztechniken. Eine Steigerung der Sensitivität erfordert entweder höhere Polarisationsfelder, empfindlichere Detektoren oder neuartige, nicht-thermische Polarisationstechniken. Spezielle Hyperpolarisationstechniken ermöglichen Steigerungen des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) um bis zu 104, was einem 102-104 höheren Polarisationsfeld entsprechen würde. Mit angepassten Nachweistechniken wurden spezifische hochsensitive molekulare Sonden realisiert, die NMR-gestützt und nicht-invasiv molekulare Prozesse aufklären können. Die hohe Sensitivität wird außerdem neuartige Anwendungen in der Niedrig-Feld- und mobilen NMR ermöglichen. Erste Anwendungen zeigen die prinzipielle Machbarkeit verschiedener Hyperpolarisationstechniken. In diesem Antrag soll die Parawasserstoff-induzierte Hyperpolarisation (PHIP) für Heterokerne weiter ausgebaut werden. Durch katalytisch beschleunigte Hydrierreaktionen sollen biomedizinisch wichtige Markersubstanzen erzeugt und sekundär die Hyperpolarisation vom 1H auf 19F übertragen werden. 19F-markierte Substanzen bieten den großen Vorteil, dass kein natürliches Hintergrundsignal vorliegt und damit die Substanz eindeutig als Positivmarker genutzt werden kann. Zum Transfer der PHIP auf 19F liegen erst wenige Untersuchungen vor, außerdem müssen die Herstellung potentieller Substanzen und die Lebensdauer der Hyperpolarisation optimiert werden. Ziel des Antrags sind Grundlagenuntersuchungen zur experimentellen und theoretischen Analyse des PHIP-basierten Hyperpolarisationstransfers von 1H auf 19F in physiologisch verträglichen 19F-markierten Substanzen in vergleichenden Untersuchungen im Hoch- und Tieffeld. Dies erfordert den Aufbau einer Tieffeldapparatur und die Maximierung der Sensitivität in Tieffeldanwendungen durch Optimierung der Detektionsapparatur. Die Evaluation der Technik wird in vitro und in vivo am Tier erfolgen.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Persons: Professor Dr. Joachim Bargon; Professor Dr. Gerd Buntkowsky