Medizinforschung 25.05.2013, 07:59 Uhr

Neutronenscan entschlüsselt verborgene Hirnstrukturen

Das hochauflösende Neutronenspektrometer am Institut Laue-Langevin in Grenoble erlaubt erstmals Einblicke in die molekularen Hirnstrukturen und überwindet dabei die Grenzen der Kernspintomografie.

Die stärkste Neutronenquelle der Welt: Mit Strahlrohren werden die Neutronen zu den Experimentierplätzen der Wissenschaftler geleitet.

Die stärkste Neutronenquelle der Welt: Mit Strahlrohren werden die Neutronen zu den Experimentierplätzen der Wissenschaftler geleitet.

Foto: ILL

An der weltweit dichtesten Neutronenspallationsquelle im internationalen Grundlagenforschungszentrum des Instituts Laue-Langevin (ILL) in Grenoble ist es Wissenschaftlern unlängst gelungen, an Nervenzellen von Rindern in bisher unbekannte molekulare Schichten des Gehirns vorzudringen. Ein solcher Neutronenscan soll helfen, auch bei Menschen Tumoren oder neurodegenerative Erkrankungen zu erforschen.

Früherkennung von Tumoren

Was die hochentwickelte Kernspintomografie als Verfahren zur Darstellung von inneren Organen und Geweben nicht zu leisten vermag, könnte in Zukunft mit einem Neutronenscan gelingen. Die Methode liefert – ohne allerdings die Auswirkungen auf menschliches Gewebe bisher genau zu kennen – vor allem für die Früherkennung von Tumorzellen wertvolle Hinweise. In ersten vorklinischen Studien am Pariser Forschungsinstitut für Funktionales Neuroimaging suchen Mediziner jetzt nach Möglichkeiten, die Ergebnisse aus den Tierversuchen auf die Humanmedizin zu übertragen.

Die Magnetresonanztomografie (MRT) basiert physikalisch auf den Prinzipien der Kernspinresonanz. Im Gegensatz zur Röntgendurchleuchtung arbeitet sie mit Magnetfeldern und Radiowellen. Die MRT stellt das derzeit schonendste und genaueste Schnittbildverfahren in der medizinischen Bildgebung dar.

Allerdings ist bei Kernspinverfahren ab einer Auflösung von 1 mm Schluss. „Für die Erkennung von Tumorzellen stößt MRT an Limits, die wir durch Neutronenanalysen in der Größenordnung von Atomen aufzuheben in der Lage sind“, erklärt Francesca Natali vom ILL in Grenoble die neuesten Ergebnisse ihrer Forschung. Die italienische Biophysikerin und ehemalige Erasmus-Stipendiatin hat sich für ihre Arbeit am ILL auf medizinische Anwendungen der Kernforschung konzentriert.

Bei der Forschung zur Konservierung von menschlichem Gewebe und Organen wird klassischerweise mit Formaldehyd gearbeitet. Diese Technik ziehe jedoch erhebliche Nachteile bei der wissenschaftlichen Probenentnahme und -analyse nach sich, sagt Natali: „Unsere vergleichende Forschung von In-vivo-MRT-Daten und Ex-vivo-Gewebe, das mit Konservierungsagenzien in Kontakt getreten ist, hat gezeigt, dass strukturelle und dynamische Veränderungen bei den Proben auftreten können.“ Dies bedeute, dass Gewebeveränderungen auf Zellebene in Betracht gezogen werden müssten.

10 000-fach genauere Darstellung

Am Kernforschungsinstitut ILL, das vom deutschen Physiker und Nobelpreisträger Max von Laue und dem französischen Mathematiker Paul Langevin gegründet wurde, nutzt man seit vielen Jahren die Neutronenforschung auch für medizinische Fragestellungen. Dabei richten Natali und ihre Kollegen Yuri Gerelli und Calogero Stelletta von der oberitalienischen Universität Padua am ILL in Grenoble ihr besonderes Augenmerk darauf, inwieweit eine Fluktuation von Gehirnwasser die Bildung von Tumoren, Krebs oder neurodegenerativen Erkrankungen wie Multiple Sklerose beeinflussen kann.

Die mit Neutronenscan durchgeführten Experimente an Ochsenzellen haben erste vielversprechende Ergebnisse zum frühzeitigen Nachweis von Krebszellen im Ex-vivo-Tiergewebe erbracht. Es könne hier, so Natali, von einer „pionierhaften Anwendung von Neutronen“ in der medizinischen Diagnostik gesprochen werden. Die Versuche am ILL hätten eindrücklich demonstriert, dass Neutronen biologische Prozesse 10 000-fach genauer zeigen als herkömmliche MRT-Aufnahmen.

Die ILL-Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass auf Neutronenscans basierende Analyseverfahren der Gehirnsubstanz in Zukunft aussagekräftigere Befunde liefern. „Damit kann der Arzt sehr präziser und zu einem frühen Zeitpunkt als heute das Vorhandensein neurodegenerativer Erkrankungen erkennen“, sagt Natali.

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