Neues Kontrastmittel erleichtert Frühdiagnose von Gehirnmetastasen

Forscher des Leibniz-Forschungsinstituts für Molekulare Pharmakologie (FMP) haben einen Weg gefunden, Metastasen bestimmter Krebsarten im Gehirn mit möglichst wenig Kontrastmittel aufzufinden. Das Team nutzt dafür ein synthetisches Molekül, mit dessen Hilfe sich die Neubildung von Blutgefäßen viel differenzierter darstellen lässt als bisher.

Verschiedene Krebsarten können Metastasen im Gehirn bilden. Ein erstes Anzeichen für solche krankhaften Gewebsveränderungen ist eine stärkere Neubildung kleiner Blutgefäße. Herkömmliche Kontrastmittel, die bei Untersuchungen des Gehirns mithilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) eingesetzt werden, sind nicht geeignet, um die sich neu bildenden Zellen direkt und frühzeitig zu erkennen. „Hierfür benötigen wir ein Kontrastmittel, das die Empfindlichkeit der MRT deutlich erhöht, indem der Kontrastaufbau stark verbessert wird, und von dem wir sehr wenig brauchen“, sagt Dr. Leif Schröder vom Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP).

Seine Gruppe arbeitet schon länger an neuartigen Kontrastmitteln, die künstlich magnetisiertes Xenon im Gewebe detektieren, und die bereits in geringen Mengen Signale erzeugen. Um ein Kontrastmittel zu entwickeln, das sich speziell für den Einsatz an den Gefäßzellen der Blut-Hirn-Schranke eignet, konnte der Physiker auf Vorarbeiten seiner FMP-Kollegin Dr. Margitta Dathe zurückgreifen: Sie hatte eine ähnliche Struktur für den Wirkstofftransport zu diesen Zellen in der Innenwand der Gefäße im Gehirn entwickelt. Diese Peptid-Struktur bildet Mizellen, Aggregate von circa 19 Molekülen, die sich spontan zusammenbinden.

Um diese Mizellen für den diagnostischen Einsatz nutzbar zu machen, ließen Schröder und sein Team sie umbauen: „Wir haben molekulare Käfige – synthetische Moleküle in Form eines hohlen Fußballs – eingefügt, in denen wir das Xenon kurzzeitig einschließen können. Pro Mizelle konnten wir also 19 Xenon-Beladungen für den Bildkontrast „anschalten“ und damit diese Art der sich im Tumor bildenden Zellen direkt visualisieren“, berichtet Schröder.

Als erstes testeten er und sein Team, ob die von Dathe entwickelte und nun modifizierte Struktur erneut Mizellen bildet, und wiesen dann in weiteren Tests nach, dass das neu entwickelte Kontrastmittel funktionierte und die gewünschten Effekte erzielte.

Der Vorteil der neuen Methode: Die Streuung bösartiger Tumoren ins Gehirn ließe sich auf diese Weise frühzeitig detektieren, noch bevor eine großräumige Metastasierung eingesetzt hat. Denn Areale im Gehirn zeigen zu Beginn der Metastasenbildung eine vermehrte Gefäßbildung, die das Tumorgewebe für seine Versorgung mit Nährstoffen braucht. Die von Schröders und Dathes Team entwickelten Mizellen werden von den Blutgefäßen aufgenommen, der Prozess der Gefäßneubildung lässt sich über das Xenon direkt visualisieren – und zwar schon in frühem Stadium. Konventionelle Methoden zur Markierung bestimmter Zellen für die MRT sind deutlich weniger sensitiv. Ein Vergleich zeigte, dass Alternativen mit Fluor-haltigen Kontrastmitteln circa 16.000-fach ineffizienter sind.

„Mit dem neuen Kontrastmittel könnte man zerebrale Metastasen im Frühstadium minimal-invasiv sicher detektieren. Das kann insbesondere in der Brustkrebsdiagnose entscheidende Vorteile haben, denn so lassen sich gefährliche Tumoren viel eher erkennen und die Therapie verbessern“, fasst Schröder zusammen. In Zukunft wollen er und seine Gruppe Kontrastmittel auf Xenon-Basis für weitere medizinische Anwendungen nutzbar machen.

Originalpublikation:
Schnurr M et al.: Xenon MRI: Functionalized Lipopeptide Micelles as Highly Efficient NMR Depolarization Seed Points for Targeted Cell Labelling in Xenon MRI. Adv Biosys, 13. März 2020