Der Blick ins Innerste – innovative bildgebende Verfahren helfen Krankheiten auf den Grund zu gehen

Die erste revolutionäre Technik, die Bilder aus dem Innenleben eines Menschen zeigte, wurde von Wilhelm Conrad Röntgen bereits 1895 entwickelt. Seine X-Strahlen ermöglichten erstmals Aufnahmen von Organen und Knochen. Seit damals ist natürlich viel geschehen. Die Weiterentwicklung bildgebender Verfahren ist noch längst nicht zu Ende. Denn das erklärte Ziel vieler Wissenschaftler ist es, „ganz genau“ hinzuschauen.

Neuste, in der Erforschung befindliche, Techniken bewegen sich mittlerweile im Bereich von Nanometerstrukturen. So ermöglicht ein spezielles Nano-Computertomografieverfahren – entwickelt von einem Forscher-Team der Technischen Universität München, des Paul Scherrer Instituts und der ETH Zürich – nun erstmals Untersuchungen selbst feinster Knochenstrukturen. Franz Pfeiffer, Leiter des Forscherteams, erklärt in der veröffentlichten Pressemeldung: „Mit unserem neu entwickelten Nano-CT-Verfahren ist es jetzt möglich, die Struktur und Dichte-Änderungen des Knochens hochaufgelöst und in 3D darzustellen. Damit kann man die der Osteoporose zugrunde liegende Strukturänderungen auf der Nanoskala erforschen und bessere Therapieansätze entwickeln.“

Auch für andere, nicht-medizinische Bereiche soll das Verfahren künftig genutzt werden, etwa zur Entwicklung neuer Werkstoffe.

Dreidimensionale Welten

Computertomografie-Geräte ermöglichten erstmals dreidimensionale Einblicke in das menschliche Innenleben durch die Aufnahme von Röntgenbildern aus verschiedenen Richtungen. Dies ist nützlich, wenn es zum Beispiel um die Befundung eines komplizierten Knochenbruchs geht. Doch nicht alle Strukturen können mit dem CT gleichermaßen gut dargestellt werden. Aufnahmen des Herzens etwa sind mit älteren Geräten schnell fehlerbehaftet, da der Herzschlag – also die Bewegung des Herzens – zur Bewegungsunschärfe führt. Die einzige Möglichkeit, eine klare Aufnahme zu gewinnen, bestand deshalb bislang darin, die Patienten zu bitten, während der Untersuchung die Luft für einige Sekunden anzuhalten. Und manche Patienten mit starken Herzrhythmusstörungen konnten von vornherein nicht gescannt werden. Die Lösung bestand schließlich darin, eine CT-Aufnahme nur noch Bruchteile von Sekunden dauern zu lassen. Die Bewegungsunschärfe konnte so deutlich reduziert werden.

Ein anderes Verfahren, die Positronen-Emissions-Tomografie (PET), verfolgt einen anderen Ansatz. Anders als beim CT können mit dieser Technik Stoffwechselprozesse sichtbar gemacht werden. Hierfür werden radioaktiv markierte Substanzen in die Blutbahn eingespritzt (Radiopharmaka), die biochemische Stoffwechselprozesse und Funktionen abbilden. Neuere Geräte kombinieren zum Teil beide Verfahren – sogenannte PET-CT-Geräte, die durch die Kombination beider Techniken umfangreiche Patientendaten zur Diagnosestellung liefern können. Doch der Wunsch, die Bildgenauigkeit zur besseren Diagnostik weiter zu erhöhen, bleibt nach wie vor bestehen.

Das Unsichtbare wird sichtbar – molekulare Bildgebung

Ein Beispiel hierfür ist der Sonderforschungsbereich 656 der Universität Münster, der den Bereich der „Molekularen kardiovaskulären Bildgebung“ erforscht. Das Ziel der molekularen Bildgebung im Bereich der Herz- und Kreislauferkrankungen ist, so formuliert es Professor Michael Schäfers, wissenschaftlicher Koordinator des SFB 656 am European Institute for Molecular Imaging, „ das individuelle Risiko, zum Beispiel für einen zukünftigen Herzinfarkt bei einem Arteriosklerose-Patienten, bildgebend definieren zu können.“ Zwar ist die Bildgebung einer Stenose in Gefäßen bei Arteriosklerose auch mit CT-Geräten, die bereits auf dem Markt sind, möglich. Doch bilden diese nur die Verengung selbst ab. Eine Entzündung der Gefäßwände – und genau diese möchten die Wissenschaftler darstellen – können sie hingegen nicht visualisieren. Doch gerade die Entzündung der Gefäße ist die eigentliche Ursache für akute Gefäßverschlüsse und nachfolgenden Herzinfarkt. Deshalb soll die Bestimmung auch von Entzündungsreaktionen in Zukunft möglich sein.

 
 


PET-CT-Aufnahme: Die Aufnahme eines gesunden Herzens. Der Tracer zeigt einen regen Stoffwechsel an (rot); © SFB 656 MoBil

 
 


Durch einen Herzinfarkt stirbt Herzmuskelgewebe. Narbengewebe wird gebildet, in dem kein Stoffwechsel mehr zu erkennen ist (Pfeil rechts unten: Herzinfarkt der Herzspitze); © SFB 656 MoBil

 
 

Am Institut werden aus diesem Grund spezielle Tracer entwickelt, radioaktive, fluoreszierende oder anderweitig markierte Arzneimittel, die sich an bestimmte Moleküle anlagern und so Entzündungen anzeigen – und mit den weiterentwickelten technischen Methoden sichtbar gemacht werden können. Professor Schäfers: „Für die molekulare Bildgebung benötigen wir ein Verfahren wie die PET, um eine Entzündung darstellen zu können. Hierfür injizieren wir den Patienten Radiopharmaka in die Armvene. Für das Verfahren selbst verwenden wir ein PET-CT-Gerät, das wir jedoch aufgrund unserer speziellen Anforderungen optimieren müssen. Denn gerade im Bereich ‚Herz-Kreislauf‘ haben wir ein spezifisches Problem – wir beobachten Strukturen, die sich bewegen und die zum Teil sehr klein sind – etwa die Herzkranzgefäße. Das ist messtechnisch eine große Herausforderung. Aus diesem Grund bildet der Sonderforschungsbereich interdisziplinäre Arbeitsgruppen, die daran arbeiten, Bewegungen auf dem Bild zu erkennen und wieder herauszunehmen – die Bilder quasi einzufrieren.“

Erste Ergebnisse der entwickelten Software sind vielversprechend. Und obwohl sich die Herzforscher auf kardiovaskuläre Erkrankungen spezialisiert haben, hoffen sie, mit ihren Verfahren auch andere klinische Gebiete erreichen zu können. Zum Beispiel die Onkologie, aus der einige der verwendeten Geräte ursprünglich „herstammen“.

„Wir spezialisieren uns auf kardiovaskuläre Fragestellungen, aber zum Teil können unsere Entwicklungen auch für andere Bereiche wertvoll sein“, so Schäfers. Ein wichtiger Stoffwechselvorgang sowohl beim Herzinfarkt als auch beim Tumor ist zum Beispiel die Apoptose (programmierter Zelltod). Ein Enzym hinter diesem Stoffwechselvorgang nennt sich Caspase und dient als Target. Der Mediziner fährt fort: „Zwar geschieht bei Krebs das genaue Gegenteil – Zellwachstum statt Apoptose –, aber da die Therapie von Krebs darauf zielt den Tumor apoptotisch zu machen, können unsere Verfahren zur Therapiekontrolle eingesetzt werden. Etwa nach einem Chemotherapie-Zyklus, um bestimmen zu können, ob Apoptose eingesetzt hat oder ob der Tumor gegen die Behandlung resistent ist. Also kann das Verfahren einmal der Therapiekontrolle dienen und einmal der Therapieplanung, zum Beispiel beim Herzinfarkt.“

Wann die neuen Verfahren schließlich im Klinikalltag ankommen, ist noch nicht abzusehen. Denn dies hängt weniger von der Entwicklung der Geräte ab – in Zukunft sollen auch PET-MR-Geräte getestet werden –, als vielmehr von einem möglichen Durchbruch bei der Entwicklung eines speziellen Radiotracers.

Simone Ernst
COMPAMED.de