Die Kernspintomographie hat sich zu einem wichtigen, weit verbreiteten Diagnoseverfahren gemausert. Als Kontrastmittel dienen Komplexverbindungen des Seltene-Erden-Metalls Gadolinium. Amerikanische Forscher haben nun einen Ansatz entwickelt, wie die Empfindlichkeit dieser Kontrastmittel weiter erhöht werden kann: Sie „zurren“ eine Kette aus mehreren Gadoliniumkomplexen an einem Protein des zu untersuchenden Gewebes fest.
Die Kernspintomographie basiert auf dem Eigendrehimpuls, dem so genannten Spin, der Kerne von Wasserstoffatomen. In einem starken Magnetfeld richten sich diese Spins aus, Radiowellenpulse regen sie an, in die entgegengesetzte Richtung „umzuklappen“. Anschließend fallen sie unter Aussendung elektromagnetischer Wellen in den Grundzustand zurück, dies nennt man Relaxation.
Das empfangene Signal hängt von der Wasserstoffdichte und den Relaxationszeiten ab. Diese Größen wiederum hängen vom Gewebetyp ab. Als Kontrastmittel für das Verfahren dienen komplexgebundene Gadoliniumionen, die auf Grund ihrer speziellen Elektronenhülle ein starkes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen.
Dieses „schüttelt“ die Spins benachbarter Wassermoleküle, sodass sie schneller in den Grundzustand zurück fallen, die Relaxationszeit – und damit das Signal – ändert sich.
Geschwindigkeit der Rotation entscheidend
Um einzelne Organe sichtbar zu machen, muss ein Kontrastmittel diese Moleküle spezifisch markieren. So gelingt es etwa mit dem Kontrastmittel Vasovist, gezielt Blutgefäße für die Untersuchung von Gefäßerkrankungen sichtbar zu machen. Vasovist ist ein Gadoliniumkomplex mit einer Art molekularem Anker, der spezifisch an Albumin bindet, ein Protein im Blutserum.
Durch die Bindung an dieses große Proteinmolekül wird die Rotation der Gadoliniumverbindung um die eigene Achse dramatisch verlangsamt – und damit das Signal verstärkt. Ein schnell rotierendes Kontrastmittel kann die Protonenspins weniger effektiv „durchschütteln“, die Bindung an das Zielprotein verstärkt also die Wirkung des Kontrastmittels – „knipst“ es sozusagen erst richtig an.
Zwei Anker zurren Gadoliniumkette fest
Peter Caravan und ein Forscherteam des New York Medical College und des Unternehmens EPIX Pharmaceuticals im amerikanischen Cambridge wollten die Empfindlichkeit der Kernspintomographie für eine breitere Anwendbarkeit weiter erhöhen. Sie wollten wissen: Könnte man das Kontrastmittel verbessern, indem man die Anzahl der Gadoliniumkomplexe erhöht? Die Wissenschaftler verknüpften mehrere Gadoliniumkomplexe zu einer Kette, an deren Ende nach wie vor der Anker für das Albumin hängt. Doch der Nachteil bei diesem Ansatz zeigte sich schnell: Die einzelnen Gadoliniumkomplexe waren innerhalb der Kette nun wieder recht frei beweglich und drehbar, ein viel besserer Kontrast war so nicht zu erreichen.
Die Forscher fanden jedoch einen pfiffigen Ausweg: Sie knüpften einfach einen weiteren Anker an das andere Kettenende, so dass die Kette an zwei Stellen an das Albumin bindet und dabei regelrecht festgezurrt wird. Die auf diese Weise stark eingeschränkte Beweglichkeit der Kettenglieder schlägt sich in der Tat in einer deutlichen Erhöhung des Kontrasts nieder.
(Gesellschaft Deutscher Chemiker, 29.09.2005 – NPO)
