8. November 2019 – Mit Hilfe einer bahnbrechenden Technologie testen Forscher der University of Maryland, Baltimore County (UMBC) und der University of Baltimore (UMB) eine neue Methode der Röntgenbildgebung, die Mikrofrakturen in Knochen mit Hilfe von Farbe erkennt. Bisher waren Mikrofrakturen mit herkömmlichen Röntgenbildern nicht zu erkennen. Die Ergebnisse dieses Fortschritts in der farbigen (spektralen) CT-Bildgebung (Computertomographie) werden in der Zeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht.

Seit der Entdeckung der Röntgenstrahlen im Jahr 1895 sind die Grundlagen dieser Technologie unverändert geblieben. Ärzte und Wissenschaftler nutzen sie, um dichte Materialien wie Knochen zu untersuchen, aber die Möglichkeiten der Technologie waren begrenzt. Dr. Dipanjan Pan, Professor für Chemie-, Biochemie- und Umwelttechnik an der UMBC und Professor für Radiologie an der UMB, ist der korrespondierende Autor dieser neuen Studie. Mit Blick auf die nächste Generation der Röntgentechnologie fragte er: „Wie können wir einen Mikroriss im Knochen aufspüren, der mit Röntgenstrahlen nicht sichtbar ist?“

Pan erklärt, dass sein Labor zur Untersuchung dieser Frage Nanopartikel entwickelt hat, die sich speziell an Stellen mit Mikrorissen orientieren und dort anhaften. Er nennt sie gerne „GPS-Partikel“. Sie begannen mit der Durchführung dieser Forschung an der University of Illinois Urbana-Champaign. Die Forscher haben die Partikel so programmiert, dass sie sich an der richtigen Stelle des Mikrorisses festsetzen. Wenn die Partikel einmal an den Mikrorissen haften, bleiben sie dort, was für den Bildgebungsprozess entscheidend ist.

Die Partikel enthalten das Element Hafnium. Mit einer neuen, von der neuseeländischen Firma MARS entwickelten Röntgentechnik werden dann CT-Bilder des Körpers aufgenommen, auf denen die Hafnium-Partikel farbig erscheinen. Auf diese Weise lässt sich sehr deutlich erkennen, wo sich die Mikrorisse im Knochen befinden.

Hafnium wird verwendet, weil es aufgrund seiner Zusammensetzung für Röntgenstrahlen nachweisbar ist und ein Signal erzeugt, das dann zur Darstellung der Risse verwendet werden kann. Pans Labor hat gezeigt, dass Hafnium stabil genug ist, um in Tests mit Lebewesen verwendet zu werden, und dass es sicher aus dem Körper ausgeschieden werden kann. Das Labor hat noch nicht mit Tests am Menschen begonnen, aber die Technologie dafür könnte schon 2020 zur Verfügung stehen.

Was andere Anwendungen für die Spektral-CT-Bildgebung mit diesem Hafnium-Durchbruch betrifft, so deuten die Forschungsergebnisse darauf hin, dass diese Methode zur Erkennung weitaus schwerwiegenderer Probleme eingesetzt werden könnte. Um beispielsweise festzustellen, ob das Herz einer Person verstopft ist, führen Ärzte häufig einen Belastungstest durch, um Anomalien festzustellen, was mit einem erheblichen Risiko verbunden ist. In naher Zukunft werden Ärzte vielleicht in der Lage sein, mit Hilfe der Spektral-CT festzustellen, ob eine Blockade in den Organen vorliegt.

„Die normale CT hat keinen Weichteilkontrast. Man kann damit nicht feststellen, wo die Blutgefäße liegen. Die Spektral-CT kann dieses Problem lösen“, erklärt Pan. Er weist darauf hin, dass zwar noch weitere Forschungsarbeiten erforderlich sind, um die Spektral-CT auf diese Weise einsetzen zu können, er aber davon ausgeht, dass sie ein „großartiges“ neues Instrument für Radiologen darstellen wird. Fatemeh Ostadhossein, Ph.D., eine Absolventin des Pan-Labors, war Erstautorin dieser Studie.