áttörés az MRI diagnosztikában

Kerstin Münnemann az Erwin Schrödinger-díjjal kitüntetett nemzetközi csapat tagjaként. (Fotó: TUK/Koziel)

A magmágneses rezonancia (NMR) egy nem-invazív képalkotó eljárás, amely például az orvosi diagnosztikában (mágneses rezonancia képalkotás, MRI) kerül alkalmazásra. Annak érdekében, hogy a módszert hatékonyabbá tegyék, Dr. rer. nat. Kerstin Műnnemann, aki a Kaiserslauteni Műszaki Egyetem (TUK) Termodinamikai Tanszékén kutat, nemzetközi csapat tagjaként egy új kontrasztanyagot fejlesztett ki: hiperpolarizált fumarátot. Együtt a kutatók sikeresen bemutatták a módszert a képalkotáson keresztül. Ez az interdiszciplináris teljesítmény a Helmholtz Társaságot 2021-ben az Erwin Schrödinger-díjjal tüntette ki, amely 50.000 euróval jár.

„A magmágneses rezonancia nem avatkozik be a szervezetbe, és röntgen- vagy ionizáló sugárzás nélkül működik,” magyarázza Műnnemann, aki a jövőben a TUK LASE (Laboratory for Advanced Spin Engineering) kutatóépületében folytatja munkáját. „Ezért az NMR alapvetően – ellentétben más képalkotó eljárásokkal, mint például a számítógépes tomográfia – alkalmas hosszú távú betegmonitorozásra. Például, ha a rákkezelés folyamatát vagy sikerességét folyamatosan kell nyomon követni.”

Azonban van egy „hátránya”: az anyagcsere-folyamatokat nem lehet láthatóvá tenni, mert az ezekhez kapcsolódó molekulák a képalkotás során túl kis koncentrációban fordulnak elő. Más szóval, szükség van a jel optimalizálására. Erre a Műnnemann jelentős előkészítő munkát végzett: a vegyész különböző hiperpolarizációs eljárásokat alkalmazva mágnesezhető és tartósan jelölt anyagokat hozott létre. „Sikerült parahidrogénnel, a hidrogén egyik izomerével, hiperpolarizált fumarátot előállítanom. A fumarát a természetes energiagazdálkodás része minden sejtben, így fiziológiailag nem káros. A hiperpolarizált állapotban a molekula egy különösen tartós spin-állapotban van. Ezt a mágnesesen aktivált fumarátot ugyan nem látjuk NMR-rel, de a malátot, amelyhez átalakul, már igen,” mondja.

Kutatópartnereivel közösen továbbfejlesztették a kémiai szempontból működő eljárást a gyakorlatban végzett kísérleteken, élő sejtekben, egészen a képalkotáshoz. Műnnemann így nyilatkozik: „A hiperpolarizáció ma már néhány jól felszerelt laboratóriumban és klinikán alkalmazott módszer az MRI vizsgálatok során. Eddig azonban a módszer nagyon költséges volt, ami a szélesebb körű alkalmazást akadályozta.” A finomított hiperpolarizációs technikával, amely nemcsak a szervezetben természetesen előforduló molekulákon alapul, hanem érzékenyebb, gyorsabb és költséghatékonyabb is, a kutatók most megteremtették az alapot arra, hogy az anyagcsere-alapú NMR-t szélesebb körben és biztonságosabban alkalmazhassák az orvosi diagnosztikában. „Ez például lehetővé teszi, hogy a haldokló tumorsejteket láthatóvá tegyük a rákkezelés során – még mielőtt a tumor elkezdene zsugorodni,” egészíti ki a vegyész.

Az Erwin-Schrödinger-díjról

A támogatói szervezet tudományos díja – az Erwin-Schrödinger-díj – 1999 óta díjazza a kiemelkedő tudományos vagy műszakilag innovatív eredményeket, amelyek az orvostudomány, a természettudományok és a mérnöki tudományok határterületein születtek, és amelyekben legalább két szakterület kutatói vettek részt. A díj legfeljebb 50.000 euróval jár. Általában évente adják át a Helmholtz Évközi Konferenciája keretében.