Durchbruch in der Medizinphysik

Mit Röntgenfluoreszenz die Wirkung von Medikamenten direkt nachweisen

Mithilfe von Bildgebungsverfahren werden in der Medizin wichtige Erkenntnisse über vorhandene Ursachen von Krankheiten gewonnen, wodurch sich tagtäglich Leben retten lassen. Um Tumore, Metastasen oder auch die richtige Verteilung von Medikamenten im Körper (Pharmakokinetik) frühzeitig diagnostizieren und bestimmen zu können, wird bisher die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) eingesetzt: Eine Technik, die zwar die höchste Sensitivität aber an andere Stellen stark schwächelt, wodurch die Diagnostik und Pharmakokinetik eingegrenzt und erschwert werden. Denn die PET weist eine zu geringe räumliche Auflösung, eine sehr hohe radioaktive Belastung und ein leider nur sehr kurzes Zeitfenster zur Untersuchung auf. Die hierzu fehlende technische Alternative belastet nicht nur Therapie und Forschung, sondern fehlt insbesondere dort, wo sie dringend gebraucht wird: bei den betroffenen Patientinnen und Patienten.

Röntgen-Fluoreszenz-Bildgebung am Menschen

Dr. Grüner und sein Team haben an der Universität Hamburg ein Verfahren medizinischer Bildgebung entwickelt, das eine deutlich geringere Strahlendosis benötigt als die PET, beliebig oft wiederholbar ist und mithilfe von Nanopartikeln aus Gold in jeglicher Tiefe des menschlichen Körpers Medikamente oder Antikörper sichtbar macht: die Röntgen-Fluoreszenzbildung. Eine Technik, die zwar bereits 30 Jahre alt ist, bisher aber nur in sehr kleinen Körpern wie die von Tieren angewandt werden konnte. Bis dato galt in der Medizinphysik einhellig die Meinung, dass durch diese Technik der Röntgen-Fluoreszenz-Bildgebung (RFB) keinerlei Informationen gewonnen werden können, da sie sogenannte Streustrahlung erzeugt, die die schwachen Signale der Fluoreszenz überdeckt und damit ‚unsichtbar‘ macht. Doch eben jene Signale weisen die eigentliche Aussagekraft zur Diagnostik und Pharmakokinetik auf.

Dynamik von Immunzellen direkt beobachten

Mithilfe von Synchrotron-Strahlzeit im DESY gelang dem Team von Dr. Grüner nicht nur eine Machbarkeitsstudie, die die erstmalige Anwendung der Röntgen-Fluoreszenz-Bildgebung am Menschen untermauerte, sondern auch ein weiterer Durchbruch: Mithilfe der Strahlzeit gelang dem Team um Dr. Grüner eine Reduzierung des für diese Technik benötigten Untergrunds im Röntgenspektrum. Diese Erkenntnis eröffnet Möglichkeiten, die für die Pharmakokinetik ein neues Verfahren etablieren kann: Dr. Grüners  Bildgebungsverfahren erlaubt das sogenannte in-vivo Tracking von Immunzellen. Auf diese Weise lässt sich die Dynamik von Immunzellen im Körper des Menschen beobachten, wodurch die Wirkung von Medikamenten direkt nachgewiesen werden kann. Im Falle der chronischen Entzündungskrankheit Morbus Crohn bedeutet das beispielsweise, dass direkte Einblicke entstehen, durch die sich überprüfen lässt, ob ein Medikament die Vermehrung entzündungsfördernder Immunzellen tatsächlich verringert. Auf diese Weise lässt sich die elementare und womöglich lebensrettende Frage beantworten, ob Medikamente ihre Wirkung dort entfalten, wo sie benötig werden, oder ungewünschte Wechselwirkungen entstehen.

Universität Hamburg

Prof. Dr. Florian Grüner

ZUKUNFTSVISION

Das Ziel von Professor Grüner ist es, gemeinsam mit seinem Team eine der führenden Gruppen auf dem Gebiet der medizinischen Bildgebung mittels Röntgenfluoreszenz zu werden und damit bestimmte Krankheiten besser zu verstehen und damit effektiver zu therapieren, um so Leben zu verbessern oder gar zu retten. Hierfür müssen fundamentale Mechanismen von chronischen Krankheiten aufgeklärt und die Erforschung der Pharmakokinetik massiv beschleunigt werden.

PROFESSOR DR. FLORIAN GRÜNER

Mit C4T zu neuen Erkenntnissen und zur Ausgründung

Die Durchführbarkeitsstudie im DESY, die zu diesem Durchbruch verhalf, wurde Dr. Grüner und seinem Team durch das Förderprogramm „Calls for Transfer“ (C4T) ermöglicht. Mithilfe der Förderung konnte das Team kommerzielle Strahlzeit buchen, die in der Regel vollkommen überbucht ist, weshalb sie lediglich an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vergeben wird, die die Exzellenz ihrer Forschung durch eine höhere Anzahl veröffentlichter Publikationen nachgewiesen haben. Völlig neue Projekte, die am Anfang ihrer Entwicklung stehen, haben es demnach naturgemäß schwer über das wissenschaftliche Auswahlverfahren des DESY Zeit zu erhalten. Durch C4T gelang nicht nur die Machbarkeitsstudie, die neue Erkenntnisse lieferte, sondern schlussendlich auch die Gründung eines DESY-Spin-Offs: die Axiom insights GmbH.

Zum Förder
programm c4t

Um wirtschaftswirksame oder soziokulturelle Konzepte aus der Hochschule hinaus und hinein in Industrie oder Gesellschaft zu überführen, fehlt es oftmals an finanziellen Mitteln. So verbleiben zukunftsträchtige Ideen, Erfindungen und kleinere Forschungsvorhaben häufig in den Schubladen Forschender. Das im Sommer 2018 gestartete Programm „Calls for Transfer“ (C4T) in Projektträgerschaft der Technischen Universität Hamburg (TUHH) setzt gezielt an dieser Problematik an und fördert den Ideen-, Wissens- und Technologietransfer an den staatlichen Hamburger Hochschulen, indem Projektanträge mit bis zu 30.000 EUR initial unterstützt werden. Auf diese Weise sind bereits 38 unterschiedlichste Vorhaben technischer, naturwissenschaftlicher und medizinischer Natur sowie aus den Kultur- und Geisteswissenschaften ihrem Ziel einer nachhaltigen Realisierung näher.

Wissen entdecken, Expertise finden &

gemeinsam Ideen verwirklichen