Průlom v diagnostice MRI

Kerstin Münnemann byla oceněna jako součást mezinárodního týmu cenou Erwin-Schrödinger. (Foto: TUK/Koziel)

Jádrová magnetická rezonance (NMR) je neinvazivní zobrazovací metoda, která se například používá v lékařské diagnostice (magnetická rezonance, MRT). Aby byla metoda účinnější, vyvinula Dr. rer. nat. Kerstin Münnemann, která pracuje na Ústavu termodynamiky na TU Kaiserslautern (TUK), jako součást mezinárodního týmu chemiků, fyziků a inženýrů, nový kontrastní prostředek: hyperpolarizovaný fumarát. Společně mohli výzkumníci ukázat metodiku až po zobrazování. Tento interdisciplinární výkon ocenila Helmholtzova společnost nyní cenou Erwin-Schödinger 2021, která je oceněna částkou 50 000 eur.

„Jádrová magnetická rezonance nezasahuje do těla a nevyužívá rentgenové nebo ionizující záření,“ vysvětluje Münnemann, která bude v budoucnu ve výzkumné novostavbě LASE (Laboratory for Advanced Spin Engineering) na TUK pokračovat ve své práci. „Tím je NMR obecně vhodná – na rozdíl od jiných zobrazovacích metod, jako je počítačová tomografie – pro dlouhodobé sledování pacientů. Například pokud jde o kontinuální monitorování průběhu nebo úspěchu léčby rakoviny.“

Existuje však jeden „háček“: metabolické procesy nelze zobrazit, protože molekuly, které je třeba zachytit při zobrazování, jsou přítomny v příliš malých koncentracích. Jinými slovy, je třeba optimalizace signálu. Na tomto Münnemann významně pracovala: Chemik využívá od své diplomové práce různé metody hyperpolarizace k magnetickému a dlouhodobému označování látek. „Podařilo se mi pomocí parawasserstoffu, izomeru vodíku, vyrobit hyperpolarizovaný fumarát. Fumarát je součástí přirozeného energetického metabolismu v každé buňce a je tedy fyziologicky nezávadný. V hyperpolarizovaném stavu je molekula v obzvlášť dlouhotrvajícím spinovém stavu. Tento magneticky aktivovaný fumarát sice nemůžeme vidět pomocí NMR, ale můžeme vidět malát, do kterého se přeměňuje.“

Spolu se svými výzkumnými partnery dále rozvinula chemicky funkční postup prostřednictvím praktických pokusů na živých buňkách až po zobrazování. Münnemann: „Hyperpolarizace je dnes již používána při některých dobře vybavených laboratořích a klinikách při vyšetřeních MRT. Dosud byla metoda velmi nákladná, což bránilo širšímu použití.“ S vylepšenou technikou hyperpolarizace, která je nejen založena na přirozeně se v těle vyskytující molekule, ale je také citlivější, rychlejší a levnější, nyní výzkumníci položili základy pro širší a bezpečnější využití NMR založené na metabolismu v lékařské diagnostice. „Tím je například možné zobrazit umírající nádorové buňky v rámci léčby rakoviny – ještě před tím, než nádor začne vůbec zmenšovat se,“ dodává chemik.

O ceně Erwin-Schödinger

Cena vědecké nadace – Erwin-Schödingerova cena – oceňuje od roku 1999 vynikající vědecké nebo technicky inovativní výkony, které byly dosaženy v přechodových oblastech mezi různými obory medicíny, přírodních věd a inženýrství a na kterých se podíleli výzkumníci alespoň ze dvou oborů. Cena je oceněna částkou až 50 000 eur. Obvykle je předávána každoročně v rámci Helmholtzovy výroční konference oficiálně.