Magnetic Particle Imaging (MPG) ist eine neue Bildgebungsmethode, die 2005 entwickelt wurde. Magnetische Nanopartikel, die dem Körper auf unterschiedliche Weise verabreicht werden können (Gefäßzugang, Atmung, lokale Injektion usw.), können mithilfe von Magnetfeldern mit MPG abgebildet werden. MPG hat Vorteile wie die Verwendung von Nanopartikeln auf Eisenoxidbasis, die den Körper nicht schädigen. Hochauflösende Bilder können in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit erhalten werden. Jeder Körperteil kann ohne Tiefenbeschränkungen betrachtet werden und ionisierende Strahlung nicht benutzt. Derzeit laufen Forschungsstudien zur Verwendung von MPG in einer Vielzahl von medizinischen Anwendungen wie Angiographie, Tumorbildgebung, Bildgebung von Körperblutungen, Stammzellüberwachung und funktioneller Bildgebung des Gehirns.
Grundlegende Funktionsprinzipien der Magnetpartikel-Bildgebungsmethode
Magnetische Nanopartikel mit Durchmessern von 5 nm bis 100 nm bestehen üblicherweise aus einem Kern aus Eisenoxid (Fe304/Fe2O3) und einem um diesen Kern beschichteten Polymer. Bei diesen Durchmessern zeigt Eisenoxid superparamagnetische Eigenschaften. Mit anderen Worten: Während ihre durchschnittliche Magnetisierung Null ist, wenn in der Umgebung kein Magnetfeld vorhanden ist, werden sie bei Anlegen eines Magnetfelds schnell in Richtung dieses Feldes magnetisiert. Die Polymerbeschichtung der Kerne verhindert, dass sich die Partikel verbinden und vom körpereigenen Immunsystem erkannt und zerstört werden. Dadurch wird die Zirkulationszeit der Nanopartikel im Körper verlängert. Darüber hinaus ist es möglich, Nanopartikel zu funktionalisieren, indem Moleküle wie Antikörper, Medikamente, Enzyme, Nukleinsäuren an Polymere gebunden werden. Dadurch können Partikel mit Funktionen wie Bildgebung von außerhalb des Körpers, Bindung an Zielzellen (z. B. Tumorzellen), Medikamententransport und -freisetzung ausgestattet werden.
Magnetic Particle Imaging kann aufgrund seines Namens mit Magnetic Resonance Imaging (MRI) verwechselt werden. Diese beiden Methoden unterscheiden sich jedoch sowohl hinsichtlich des Arbeitsprinzips als auch der erhaltenen Bilder vollständig voneinander. Während Gewebe im MRT anatomisch betrachtet werden, sind Gewebe in MPG-Bildern nicht sichtbar, sondern nur magnetische Nanopartikel, die dem Körper verabreicht werden. Somit stören sich das anatomische Bild und das Nanopartikelbild nicht gegenseitig und die Bildgebung kann in Abhängigkeit von der absoluten Nanopartikeldichte durchgeführt werden.
Bei der MPG-Methode wird eine Zone (magnetfeldfreie Zone - MAB) erzeugt, in der das Magnetfeld im abgebildeten Bereich auf Null gesetzt wird. Da die Magnetfelddichte um den MAB gering ist, sind die Magnetisierungsvektoren von Nanopartikeln in diesem Bereich in zufälligen Richtungen. Je weiter vom MAB entfernt, desto stärker ist das Magnetfeld. Die Magnetisierung von Nanopartikeln im intensiven Magnetfeld ist in die gleiche Richtung ausgerichtet wie das angelegte Magnetfeld (magnetischer Sättigungszustand). Wenn ein zeitlich veränderliches homogenes Magnetfeld angelegt wird, kann dieses Magnetfeld nicht reagieren, da sich andere Nanopartikel als MAB in einem gesättigten Zustand befinden. Nanopartikel um den MAB reagieren schnell und werden magnetisiert. Dieses Magnetisierungssignal wird unter Verwendung von Empfangsspulen empfangen. Der MAB wird innerhalb des Abbildungsbereichs elektronisch und / oder mechanisch abgetastet, um ein Bild zu erhalten, das proportional zur Nanopartikeldichte ist.
Studium in ASELSAN
Es gibt noch kein kommerzielles MPG-Gerät in Menschengröße auf der Welt. Am ASELSAN-Forschungszentrum wurde ein einzigartiger MPG-Prototyp entwickelt. In Anbetracht der interventionellen Anwendungen wurde eine neue offene Systemarchitektur vorgeschlagen und ein US-Patent erhalten. In diesem System wird ein linearer magnetfeldfreier Bereich im Gewebe abgetastet, wodurch ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis erhalten wird und es möglich ist, große Bereiche schneller abzutasten. Offene Konfigurationen sind für Patienten jedoch viel komfortabler als geschlossene Systeme. Im ASELSAN MPG-Prototypsystem können Kleintierversuche durchgeführt werden, mit denen ein Bereich mit einem Durchmesser von 60 mm gescannt werden kann. Auflösungs- und Empfindlichkeitsmessungen wurden im System durchgeführt, und Phantomexperimente wurden durchgeführt, um die Machbarkeit des Nachweises eines Gefäßverschlusses zu zeigen.
Mit einem eigenfinanzierten Projekt, das im August 2020 gestartet wurde, wurde mit der Entwicklung eines MPG-Scanners in Menschengröße begonnen. Für den Einsatz dieses Scanners für die Magnetresonanztomographie sind ebenfalls Forschungsarbeiten geplant. Auf diese Weise können anatomische Informationen mit MR-Bildern erhalten und Nanopartikel mit MPG betrachtet werden.
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