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)
TEM Bilder unterschiedlicher, kommerzieller SPION Nanopartikel
Quelle: Buchholz, O., K. Sajjamark, J. Franke, H. Wei, A. Behrends, C. Münkel, C. Grüttner, P. Levan, D.v. Elverfeldt, M. Gräser, T. Buzug, S. Bär, and U.G. Hofmann, In situ theranostic platform uniting highly localized magnetic fluid hyperthermia, magnetic particle imaging, and thermometry in 3D. Theranostics, 2024. 14(1): p. 324-340. doi.org/10.7150/thno.86759
Andere Solvatisierungs-Hüllen sind verfügbar.
Quelle: Harisinghani, M.G., J. Barentsz, Peter F Hahn, W.M. Deserno, S. Tabatabaei, C.H.v.d. Kaa, J.d.l. Rosette, and R. Weissleder, Noninvasive Detection of Clinically Occult Lymph-Node Metastases in Prostate Cancer. N Engl J Med 2003. 348: p. 2491-9.
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.
Nanopartikel lassen sich chemisch modifizieren. Hier z.B. mit einer Dextran-Hülle:
Bildgebung: Dichtemessung der Nanopartikel nur im feldfreien Volumen
Originale Quelle: Gleich, B. and J. Weizenecker, Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles. Nature, 2005. 435(7046): p. 1214-7. doi.org/10.1038/nature03808
SPIO Nanopartikelverteilung im Gehirn.
Overlay von anatomischen Daten und MPI Messung.
Quelle: Bär, S., O. Buchholz, D.v. Elverfeldt, and U.G. Hofmann. Adaptive Micro-liter Fiducials for Pre-clinical MPI and MRI Imaging. in IEEE-EMBS 2022. Glasgow: IEEE. doi.org/10.1109/EMBC48229.2022.9871102
Thermomety: Das Nanopartikel-Signal hängt von der Umgebung ab
Originale Quelle: Rahmer, J., A. Halkola, B. Gleich, I. Schmale, and J. Borgert1, First experimental evidence of the feasibility of multi-color magnetic particle imaging. Physics in Medicine & Biology, 2015. 60(5): p. 1775. doi.org/10.1088/0031-9155/60/5/1775
hier: Buchholz, O., S. Bär, K. Sajjamark, J. Chacon-Caldera, J. Franke, and U.G. Hofmann. MPI-based spatio-temporal estimation of a temperature profile induced by an IR laser. in IWMPI 2022 - International Workshop on Magnetic Particle Imaging. 2022. Würzburg: Infinite Science Publishing GmbH. doi.org/10.18416/ijmpi.2022.2203046
z.b. Temperatur, pH, Bindungszustand, Viskosität....
Magnetic Fluid Hyperthermie mit Wechselfeldern: Theranostik
Quelle: Buchholz, O., K. Sajjamark, J. Franke, H. Wei, A. Behrends, C. Münkel, C. Grüttner, P. Levan, D.v. Elverfeldt, M. Gräser, T. Buzug, S. Bär, and U.G. Hofmann, In situ theranostic platform uniting highly localized magnetic fluid hyperthermia, magnetic particle imaging, and thermometry in 3D. Theranostics, 2024. 14(1): p. 324-340. doi.org/10.7150/thno.86759
Behrends, A., H. Wei, A. Neumann, T. Friedrich, A.C. Bakenecker, J. Franke, K. Sajjamark, O. Buchholz, S. Bär, U.G. Hofmann, M. Graeser, and T.M. Buzug, Integrable Magnetic Fluid Hyperthermia Systems for 3D Magnetic Particle Imaging. Nanotheranostics, 2024. 8(2): p. 163-178. doi.org/10.7150/ntno.90360
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
Klinik für Neurochirurgie
im Neurozentrum
Breisacher Straße 64
D-79106 Freiburg
Telefon: 0761 270-50010 /-50020
Telefax: 0761 270-50240
neurochirurgie@uniklinik-freiburg.de
Prof. Dr. Jürgen Beck
Ärztlicher Direktor
Telefon: 0761 270-50060
International call: +49-761-270-50060
j.beck@uniklinik-freiburg.de
Susanne Hall
Pflegedienstleiterin
Telefon 0761 270-52260
Telefax 0761 270-54200
susanne.hall@uniklinik-freiburg.de
Moritz Wenk
Verwaltungsreferent
Augen- / HNO- Klinik / Neurozentrum
Telefon 0761 270-40650
moritz.wenk@uniklinik-freiburg.de