Biomedizinische Informatik und Mechatronik

DFG projekt: quantMRX - Magnetrelaxometrie für das quantitative Monitoring magnetischer Nanopartikel zur Unterstützung der humanen Krebstherapie

 
Zeitraum: 2020 - 2023
 
Projektleiter (UMIT TIROL): Univ.-Prof. Dr. Daniel Baumgarten
 
Kooperationspartner: PTB (Germany)
 
Förderung: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) - Projektnummer I 4357-B
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428329263
 
Projektleiter (UMIT TIROL): Univ.-Prof. Dr. Daniel Baumgarten
 
Ziel:
Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Bereitstellung einer Bildgebungsmodalität für den quantitativen Nachweis von magnetischen Nanopartikeln (MNP) für die diagnostische Begleitung von MNP-basierten Krebstherapien. In diesen neuartigen Behandlungsansätzen werden mittels der MNP medizinische Wirkstoffe gezielt zum Tumor transportiert (Magnetisches Drug Targeting) oder mittels MNP wird lokal eingegrenzt Wärme zur Bekämpfung von Krebszellen erzeugt (Magnetische Hyperthermie). Der quantitative bildgebende Nachweis der MNP-Verteilung im menschlichen Körper ist dabei essentiell für die Bewertung und individuelle Steuerung des Therapieverlaufs.

Mit dem Messverfahren der Magnetrelaxometrie (MRX) steht hierfür eine ausgereifte Messtechnik zur Verfügung, die bereits in präklinischen Anwendungen ihre prinzipielle Eignung für den sensitiven und spezifischen Nachweis von MNP im Gewebe demonstriert hat. Darauf aufbauend soll in diesem Projekt die erforderliche Technik so weiterentwickelt werden, dass MNP-Verteilungen in spezifischen Körperregionen des Menschen wie Gehirn, Prostata, Lymphknoten, Magen-Darmtrakt, Lunge oder in den Extremitäten quantitativ abgebildet werden können.

Besonderes Augenmerk gilt dabei der Etablierung von Verfahren zur zeitnahen Darstellung von MNP-Verteilungen unmittelbar während oder nach den MRX-Messungen (Online-Monitoring). Dafür sind neuartige Ansätze für die Datenverarbeitung und die Rekonstruktion der Verteilungen mit hoher räumlicher Auflösung bei gleichzeitiger substantieller Reduktion der Rechenzeit zu realisieren. Weiterhin sollen Ansätze zur multimodalen Integration der quantitativen MNP-Verteilung und der zugehörigen anatomischen Struktur des untersuchten Köperbereichs entwickelt werden, wobei die anatomischen Daten durch etablierte Verfahren wie CT, MRT oder Laserscannen der Körperoberfläche gewonnen werden.

Ein weiteres Aufgabengebiet in diesem Projekt besteht in der Untersuchung der Möglichkeiten der MRX-Bildgebung zur Darstellung molekularer Veränderungen im Körper. Die MRX-Signale enthalten Information über die lokale Viskosität in der unmittelbaren Umgebung der MNP.  Diese Information lässt sich ebenfalls bildgebend darstellen und zur Untersuchung physiologischer Prozesse im Körper nutzen.

Im vorliegenden Projekt sollen für die Evaluierung der MRX-Bildgebung spezielle Körperteilphantome entwickelt werden, die physiologische und physikalische Parameter in ausgewählten Therapieszenarien abbilden und definiert mit MNP beladen werden können. Diese Untersuchungen werden in enger Kooperation mit unseren klinischen Partnern durchgeführt, um die medizinische Relevanz sicherzustellen und die klinischen Anforderungen und Bedürfnisse an die Bildgebungsmodalität aus medizinischer Sicht zu berücksichtigen.

Mit Erreichen der Projektziele sollen alle technischen Voraussetzungen erfüllt sein, um die MRX-Bildgebung von MNP in neuen MNP-basierten Krebstherapien im Menschen anwenden zu können.