Projekt 02FMTHH16

Schlaganfallbildgebung mittels Magnetic Particle Imaging (MPI)

Ausgangssituation & Zielsetzung

Trotz aller Fortschritte in der Behandlung des akuten Schlaganfalls durch Thrombolyse und mechanische Thrombektomien ist Zeit der wichtigste Faktor für eine erfolgreiche Behandlung von Schlaganfallpatienten, da in jeder Minute, in der keine Behandlung erfolgt, zwei Millionen Nervenzellen zugrunde gehen. So spielt neben der raschen klinischen Einordnung insbesondere die zügige Bildgebung eine entscheidende Rolle in der schnellen und akkuraten Diagnosestellung. Neben der Differenzierung zwischen ischämischem Schlaganfall und Blutung, sollte die Schlaganfallbildgebung innerhalb kürzester Zeit idealerweise auch Informationen über das Alter des Schlaganfalls, Penumbra (noch vitales, aber gefährdetes Hirngewebe), Gefäßanatomie (Stenosen, Gefäßverschlüsse) und Bluthirnschranke liefern. Jede Verzögerung um 15 Minuten führt dazu, dass mehr Patienten an den Folgen eines Schlaganfalles versterben.

MPI ist eine neue Bildgebungsmodalität, mit der die räumliche Verteilung superparamagnetischer Eisenoxidpartikel (SPIO) bestimmt werden kann. Dafür wird keine ionisierende Strahlung benötigt, sondern eine Kombination von räumlich und zeitlich konstanter und variierender Magnetfelder genutzt.

Nach intravasaler Applikation eines Kontrastmittels kann MPI, aufgrund einer hohen zeitliche Auflösung von 21,5 Millisekunden, sowohl das Gefäßsystem dreidimensional darstellen, als auch zusätzliche Informationen über Perfusion, Blutvolumen und andere Parameter liefern. Die Datenakquise erfolgt dabei in Echtzeit und damit so schnell, dass MPI allen anderen Bildgebungsverfahren in diesem Bereich überlegen ist, ohne die Nebenwirkungen durch Strahlenbelastung oder Kontrastmittel, die entweder nephrotoxisch sind oder sich im Kleinhirn ablagern können. Innerhalb weniger Sekunden werden so Informationen über Schlaganfallgröße und vorgeschaltete Stenosen erhoben, für die die MRT mehrere Minuten ermöglicht.

Zusätzlich können MPI-Scanner so kompakt gebaut werden, dass ein Einsatz direkt am Patientenbett möglich ist.

Vorgehensweise und Methoden

Zum ersten Mal konnten wir mit unseren Arbeiten zeigen, dass MPI eine vielversprechende Bildgebungsmethode zur Beurteilung der zerebralen Perfusion und von Schlaganfällen ist. Zurzeit gibt es keine Technik zur kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Perfusion. MPI-Scanner können so kompakt gebaut werden, dass sie für die kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Perfusion bei Patienten mit Schlaganfall, Blutungen und Subarachnoidalblutungen am Patientenbett geeignet sind. MPI könnte so die Versorgung von Schlaganfallpatienten deutlich verbessern.

Ergebnisse

Zum ersten Mal konnten wir mit unseren Arbeiten zeigen, dass MPI eine vielversprechende Bildgebungsmethode zur Beurteilung der zerebralen Perfusion und von Schlaganfällen ist. Zurzeit gibt es keine Technik zur kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Perfusion. MPI-Scanner können so kompakt gebaut werden, dass sie für die kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Perfusion bei Patienten mit Schlaganfall, Blutungen und Subarachnoidalblutungen am Patientenbett geeignet sind. MPI könnte so die Versorgung von Schlaganfallpatienten deutlich verbessern.


Beteiligte

Dr. Peter Ludewig

Projektleitung

Klinik und Poliklinik für Neurologie

Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Prof. Dr. Tobias Knopp
Institut für Biomedizinische Bildgebung
TUHH


Medien

https://www.medica-tradefair.com/en/News/Topic_of_the_Month/Topics_of_the_Month_2020/Stroke_care/Molecular_Imaging_fast_and_reliable_stroke_detection

Paper of the month am UKE:
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwie8b-l8oXqAhXD5KQKHUNACtYQFjAKegQIAxAB&url=https%3A%2F%2Fwww.uke.de%2Fdateien%2Feinrichtungen%2Fmedizinische-fakult%25C3%25A4t%2Fpaper-of-the-month-pom%2F1_pom_2017-11.pdf&usg=AOvVaw36rIzJNZdqXEa7NHNoaMgC


Drittmittelprojekte und Drittmittelanträge

  1. Eranet Grant: MAGneTISE (https://euronanomed.net/wp-content/uploads/2018/08/MAGneTISe.pdf)
  2. Teilprojekt der DFG-Forschergruppe IMMUNOSTROKE (https://immunostroke.de/)
  3. Förderung durch die Hertie-Stiftung (https://www.ghst.de/hertie-network/)

Publikationsliste

  1. Ludewig, P.; Gdaniec, N.;  Sedlacik, J.;  Forkert, N. D.;  Szwargulski, P.;  Graeser, M.;  Adam, G.;  Kaul, M. G.;  Krishnan, K. M.;  Ferguson, R. M.;  Khandhar, A. P.;  Walczak, P.;  Fiehler, J.;  Thomalla, G.;  Gerloff, C.;  Knopp, T.; Magnus, T., Magnetic Particle Imaging for Real-Time Perfusion Imaging in Acute Stroke. ACS Nano 2017, 11 (10), 10480-10488.
  2. Patryk Szwargulski, Maximilian Wilmes, Ehsan Javidi, Florian Thieben, Matthias Graeser, Martin Koch, Cordula Gruettner, Gerhard Adam, Christian Gerloff, Tim Magnus, Tobias Knopp, Peter Ludewig, Monitoring Intracranial Cerebral Hemorrhage Using Multicontrast Real-Time Magnetic Particle Imaging. ACS Nano 2020, 14 (10), 13913–13923.
  3. Graeser, M.; Thieben, F.;  Szwargulski, P.;  Werner, F.;  Gdaniec, N.;  Boberg, M.;  Griese, F.;  Moddel, M.;  Ludewig, P.;  van de Ven, D.;  Weber, O. M.;  Woywode, O.;  Gleich, B.; Knopp, T., Human-sized magnetic particle imaging for brain applications. Nat Commun 2019, 10 (1), 1936.
  4. Griese, F.; Knopp, T.;  Gruettner, C.;  Thieben, F.;  Müller, K.;  Loges, S.;  Ludewig, P.; Gdaniec, N., Simultaneous Magnetic Particle Imaging and Navigation of large superparamagnetic nanoparticles in bifurcation flow experiments. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2020, 498, 166206.
  5. Antonelli, A.; Szwargulski, P.;  Scarpa, E. S.;  Thieben, F.;  Cordula, G.;  Ambrosi, G.;  Guidi, L.;  Ludewig, P.;  Knopp, T.; Magnani, M., Development of long circulating magnetic particle imaging tracers: use of novel magnetic nanoparticles and entrapment into human erythrocytes. Nanomedicine (Lond) 2020, 15 (8), 739-753.