Fluxkompensator

Neuer Ansatz zur Parkinson-Diagnostik

Ein neues Projekt zur Früherkennung der Parkinson’schen Krankheit mit stark magnetisiertem Xenon-Gas startet am Berliner Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP). Die Gruppe um den Physiker Leif Schröder erhält hierfür eine mehrjährige Förderung der Michael J. Fox Foundation for Parkinson’s Research und verweist dabei auf den Zusammenhang zwischen Science Fiction und zukunftsweisender Grundlagenforschung.

Die Arbeitsgruppe um den Physiker Leif Schröder entwickelt MRT-Verfahren mit einer Art „Fluxkompensator“. Nun soll sie zur Früherkennung von Parkinson eingesetzt werden. (Foto: FMP / Silke Oßwald)

Als vor rund einem Jahr weltweit der „Back to the Future Day“ (21.10.2015) begangen wurde, um an die Film-Trilogie „Zurück in die Zukunft“ und die darin enthaltene 30-Jahres-Zeitreise von Marty McFly zu erinnern, war dies auch Anlass, mit Wissenschaftlern einen Blick in die Zukunft zu werfen. Insbesondere der Hauptdarsteller, Michael J. Fox, resümierte im Zusammenhang mit der von ihm gegründeten Stiftung zur Erforschung der Parkinson’schen Krankheit über die Fortschritte in der Medizin seit 1985 und die zu erwartenden Verbesserungen in den nächsten Jahren (https://www.michaeljfox.org/foundation/news-detail.php?today-we-re-in-the-future).

Am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) ist nun ein Projekt zur möglichen Früherkennung von Parkinson gestartet, das mit seiner Technik eine interessante Parallele zu Doc Browns berühmtem DeLorean aufweist. Es verdeutlicht, wie unkonventionelle Ideen sowohl im Science Fiction-Genre als auch bei neuen wissenschaftlichen Ansätzen eine wichtige Rolle spielen.

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Wesentlicher Bestandteil zur Durchführung der Zeitreisen in den Filmen war ein sog. „Fluxkompensator“ der es später umgangssprachlich zu einiger Popularität brachte. Es handelt sich um eine irrtümliche Übersetzung des „Flux Capacitors“ aus dem englischen Original. Aber was für ein Fluss (lat: flux) kann damit beeinflusst bzw. kompensiert werden?

Im Film ermöglichte er eine Verdichtung des Zeitflusses und eben dadurch die Zeitreisen. Eine andere Art von Fluss ist der Magnetfluss, mit dem die Stärke magnetischer Felder beschrieben wird. Für bestimmte Anwendungen ist auch hierfür in der Tat eine Art Kompensator erwünscht, nämlich um einen relativ geringen Magnetfluss auszugleichen und Verhältnisse wie unter sehr starken Feldern zu erreichen.

Ein Anwendungsbereich ist die Magnetresonanztomographie (MRT). Hier würde man gerne immer stärkere Magnetfelder einsetzen, um schärfere Bilder und schnellere Aufnahmen zu erzielen. Da dies jedoch nur begrenzt möglich ist, entwickeln Wissenschaftler seit langem Methoden, bei denen die detektierten Moleküle so manipuliert werden, dass sie ein deutlich verstärktes Signal aussenden – so als ob sie sich in einem viel stärkeren Magnetfeld befinden würden.

Eine dieser Methoden arbeitet mit sehr intensivem infrarotem Laserlicht, um letztendlich die Magnetisierung des harmlosen Edelgases Xenon künstlich zu verstärken. Die dabei erreichten Signalstärken erlauben den Nachweis vormals nicht zugänglicher kleiner Substanzmengen.

Die Arbeitsgruppe „Molekulare Bildgebung“ am FMP um den Physiker Leif Schröder entwickelt seit einigen Jahren neue MRT-Verfahren mit so einer Art „Fluxkompensator“ und konnte bereits eindrucksvoll das Potenzial dieser Methode demonstrieren. Nun soll sie in einem nächsten Schritt zur möglichen Früherkennung von Parkinson eingesetzt werden. Die Empfindlichkeit der Technik wäre sonst nur mit einem 20000-fach stärkeren Magnetfeld erreichbar, das allerdings nur auf einem Neutronenstern vorkommen würde.

In dem von der Michael J. Fox Foundation mit 349500 US$ über drei Jahre geförderten Projekt wird das Team um Leif Schröder eine neue Art von Kontrastmittel für die MRT mit dem künstlich magnetisierten Xenon entwickeln. Hierbei kommt ein Baustein zum Einsatz, von dem bekannt ist, dass er an das Protein α-Synuclein bindet. Ablagerungen dieses Proteins werden als eine der Ursachen der Parkinson‘schen Krankheit angesehen. Das Kontrastmittel wird dabei zunächst die Anwesenheit des Proteins durch eine Signaländerung des Xenons nachweisen, bevor es zu den schädlichen Ablagerungen kommt. Es hat damit auch gleichzeitig einen Schutzeffekt, da die weiteren Prozesse der Ablagerungen unterbunden werden.

Der Brückenschlag zwischen dem legendären Fluxkompensator und den jetzt möglichen Anwendungen im Sinne der Stiftung steht dabei ganz in der Tradition des Campus Buch, neueste Methoden der Physik in den Lebenswissenschaften anzuwenden. Beispiele hierfür sind die früh eingesetzten Neutronen-Generatoren in der Strahlenbiologie und -therapie oder die Arbeiten der Gebrüder Ruska zur Elektronenmikroskopie.

Titel des Projekts:

Supramolecular hosts as combined protein aggregation inhibitors and hyperpolarized MRI

Kontakt:

Dr. Leif Schröder
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP)
Robert-Rössle-Straße 10
13125 Berlin
E-Mail: lschroeder@fmp-berlin.de

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