Strahlungsfreie Bildgebung mit Eisen-Oxid Nanopartikeln (tracer)
Elektromagnete erzeugen und bewegen den feldfreien Punkt
Ein magnetfeld-freies Volumen wird im Inneren eines starken magnetischen Gradientenfeldes erzeugt.
Dieses feldfreie Volumen kann durch Elektromagnete sehr schnell bewegt werden: Der Scan durch ein komplettes Rattenhirn ist in wenigen Millisekunden erledigt.
Kommerzielles MPI im Neurozentrum
In der Realität ist das prä-klinische Messgerät für Phantom- und Kleintiere geeignet.
Super-paramagnetische Eisen-Oxid Nanopartikel (SPION)
Quelle: Buchholz, et al. doi.org/10.7150/thno.86759
TEM Bilder unterschiedlicher, kommerzieller SPION Nanopartikel
Super-Paramagnetismus bedeutet, dass die Tracer nur im Feld-Freien Volumen angeregt und damit gemessen werden können. Im hohen übrigen Feld sind die tracer gesättigt und tragen nicht zum gemessenen Signal bei.
Quelle: Harisinghani, et al. N Engl J Med 2003. 348: p. 2491-9.
Nanopartikel lassen sich chemisch modifizieren. Hier z.B. mit einer Dextran-Hülle:
Andere Solvatisierungs-Hüllen sind verfügbar.
Bildgebung: Dichtemessung der Nanopartikel nur im feldfreien Volumen
Originale Quelle: Gleich, B. and J. Weizenecker, doi.org/10.1038/nature03808
SPIO Nanopartikelverteilung im Gehirn.
Overlay von anatomischen Daten und MPI Messung.
Quelle: Bär, S., O. Buchholz, et al. doi.org/10.1109/EMBC48229.2022.9871102
Thermomety: Das Nanopartikel-Signal hängt von der Umgebung ab
Originale Quelle: Rahmer, et al. doi.org/10.1088/0031-9155/60/5/1775
hier: Buchholz, et al. doi.org/10.18416/ijmpi.2022.2203046
z.b. Temperatur, pH, Bindungszustand, Viskosität....
Quelle: Buchholz, et al. doi.org/10.7150/thno.86759
Behrends, et al. doi.org/10.7150/ntno.90360
Magnetic Fluid Hyperthermie mit Wechselfeldern: Theranostik
Gleichzeitig kann in situ mittels des MPI die Temperatur am Ort der Hyperthermie bestimmt werden, so dass ein geschlossenes theranostisches System entsteht.
Unser MPI-Scanner ist mit einer eigenen Hyperthermie-Spule ausgestattet und erlaubt im FFP punkt-präzise Hyperthermie. Hier mit wechselnden Zielen am Phantom:
Innovationsfelder
Nutzung der SPION nano-Dimension
Glomeruläre Filtrationsgröße (Nephrologie)
Blutflussmessung nach Schlaganfall (Neurologe, Kardiologie
Absolutmessung der Durchblutung zur NIRS Kalibration Kardiologie
Nutzung der SPION Oberflächenmodifikation
Ganzkörpermessung von Anker-Proteinen
Messung von Plaque-Verteilung
Rezeptor-Verteilung
Strahlungsfreie Identifikation von Metastasen
Nutzung der kontrollierten Spot-Hyperthermie
Lebertumore nach Resotran Gabe
Öffnung der BBB nach High-SLP (cubic) SPIONs
Lokalisierte Hyperthermie nach Schlaganfall
Nutzung neuer Nanopartikel
Messung (iEEG)
Stimulation (DBS)
Nutzung der mechanischen Kontrolle
Mikro- und Nanorobotik für Mikro-Endoskopie
Ansprechpartner Prof. Dr. Ulrich Hofmann, 0049 / 761 270-50076
Mail: ulrich.hofmann@klinikum.uni-freiburg.de