Translationale Molekulare Bildgebung
- Bildgebung und Radioonkologie
Prof. Dr. Leif Schröder
Abteilungsleitung Translationale Molekulare Bildgebung
Die Forschung der Abteilung Translationale Molekulare Bildgebung konzentriert sich auf die Entwicklung und Charakterisierung zielgerichteter Kontrastmittel im Kontext neuartiger Detektionstechniken für diagnostische Anwendungen in der Onkologie. Wir wollen wichtige molekulare Veränderungen beim Auftreten und Fortschreiten von Krebs frühzeitig sichtbar machen und profitieren dabei von der starken interdisziplinären Tradition der Magnetresonanz am Standort Heidelberg.
Spin-Physik für ultra-sensitive MR-Bildgebung
Neue Ansätze für eine bessere Diagnostik
Die konventionelle Magnetresonanz-Tomographie (MRT) ist relativ unempfindlich und stellt deswegen meist nur die Signale von Fett- und Wasser-Molekülen dar. Sie hat aber den Vorteil, ohne ionisierende Strahlung auszukommen und tieferliegendes Gewebe mit exzellentem Weichteilkontrast darzustellen. Bislang werden Tumoren aber oft erst entdeckt, wenn sie eine gewisse Größe überschreiten und schon Milliarden Zellen enthalten. Die Kombination mit Kontrastmitteln, die biochemische Veränderungen wie den Stoffwechsel des Tumors oder zelluläre Marker schon viel früher visualisieren, ist deswegen ein seit langem verfolgtes Ziel in der MRT-Forschung.
Zentraler Bestandteil ist dabei, die Sensitivität der MRT zu steigern. Die Translation aus der Physik setzt hierbei dort an, wo sich die quantenmechanischen Eigenschaften der Kernspins ausnutzen lassen, um eine verstärkte Magnetisierung für ein 10.000-fach erhöhtes Signal zu bekommen. In Verbindung mit Verfahren der molekularen Biotechnologie integrieren wir diese Spin-Systeme in Reporter, die auf Krebs-spezifische Marker gerichtet sind. Unsere Verfahren beruhen insbesondere auf dem harmlosen Edelgas Xenon, das mit starken Lasern in einen Zustand extrem hoher Magnetisierung versetzt werden kann.So konnte durch die von uns entwickelten Methoden u.a. die Hyperpolarisation von Xenon für diese Anwendungen bereits um einen Faktor 15 gesteigert und die Detektionsgrenze insgesamt um einen Faktor 100.000 gesenkt werden. Unsere Verfahren können Zielmoleküle in Bildern nach 100 s darstellen, wo konventionelle MRT sonst 1100 Jahre brauchen würde.
Da die Spin-Systeme im lebenden Gewebe den vorab präparierten Zustand nur für eine begrenzte Zeit beibehalten, ist es auch von zentraler Bedeutung, die physikalischen Grundlagen dieser Prozesse zu verstehen und die Reporter weiter zu optimieren. Entscheidend ist ein Paradigmenwechsel in der Erzeugung, Anlieferung und Kodierung von Spin-Magnetisierung, um diese für neue diagnostische Methoden zu nutzen.
Ausgewählte Projekte
Koselleck-Projekt Multivalente Wirtsstrukturen
Die Adressierung von Ziel-Molekülen durch molekulare Einheiten, die dann als Reporter erst nach Bindung an/in Zellen in einem zweiten Schritt mit hyperpolarisierten Atomen in situ vereint werden, erweitert das Anwendungsspektrum der hyperpolarisierten MRT enorm. In diesem interdisziplinären Projekt, das im Rahmen des hochdotierten Koselleck-Programms der DFG finanziert wird, werden neuartige Nanocarrier entwickelt, die im Gewebe eine große Anzahl von hyperpolarisierten Atomen aufnehmen können. Mehr Info
Team
13 Mitarbeiter:innen
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Prof. Dr. Leif Schröder
Abteilungsleitung Translationale Molekulare Bildgebung
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Sandra Casula
Administrative Assistant for Divisions E041, E270 and E280
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Viktoria Bayer
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Clark Bray
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Hannah Gerbeth
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David Hernandez Solarte
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Dr. Jabadurai Jayapaul
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Luca Kempny
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Dr. Alexandra Lipka
Wissenschaftlerin
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Chun Yat Lee
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Samuel Lehr
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Sophia Seufert
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Dr. Patrick Werner
Postdoc Biologie
Methoden
MRT-Experimente werden auf einem 400-MHz-Extra-Wide-Bore-NMR-Magneten mit einer Avance Neo Konsole durchgeführt. Das Gradientensystem ist in der Lage, Amplituden von 150 G/cm zu erreichen. Verschiedene Spulen zur Protonen- und X-Kern-Detektion stehen zur Verfügung. Mehr Info
Lehre und Abschlussarbeiten
Wintersemester:
(geplant ab 2025: NMR Physics of Coupled Spin Systems)
Sommersemester:
● Medical Physics 2 (zusammen mit PD Dr. Kuder)
Gemeinsame Lehrveranstaltungen mit der Abteilung Medizinische Physik in der Radiologie
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