Festgezurrt für besseren Kontrast

Empfindlichkeit von Kernspintomographie-Kontrastmitteln durch mehrfache Anbindung an ein Protein erhöhen

Die Kernspintomographie hat sich zu einem wichtigen, weit verbreiteten Diagnoseverfahren gemausert. Als Kontrastmittel dienen Komplexverbindungen des Seltene-Erden-Metalls Gadolinium. Amerikanische Forscher haben nun einen Ansatz entwickelt, wie die Empfindlichkeit dieser Kontrastmittel weiter erhöht werden kann: Sie „zurren“ eine Kette aus mehreren Gadoliniumkomplexen an einem Protein des zu untersuchenden Gewebes fest.

Die Kernspintomographie basiert auf dem Eigendrehimpuls, dem so genannten Spin, der Kerne von Wasserstoffatomen (Protonen). In einem starken Magnetfeld richten sich diese Spins aus, Radiowellenpuls regen sie an, in die entgegengesetzte Richtung „umzuklappen“. Anschließend fallen sie unter Aussendung elektromagnetischer Wellen in den Grundzustand zurück, dies nennt man Relaxation. Das empfangene Signal hängt von der Wasserstoffdichte und den Relaxationszeiten ab. Diese Größen hängen vom Gewebetyp ab. Als Kontrastmittel dienen komplexgebundene Gadoliniumionen, die auf Grund ihrer speziellen Elektronenhülle ein starkes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen. Dieses „schüttelt“ die Spins benachbarter Wassermoleküle, sodass sie schneller in den Grundzustand zurück fallen, die Relaxationszeit – und damit das Signal – ändert sich.

Um einzelne Organe sichtbar zu machen, muss ein Kontrastmittel diese spezifisch markieren. So gelingt es etwa mit dem Kontrastmittel Vasovist (MS-325), gezielt Blutgefäße für die Untersuchung von Gefäßerkrankungen sichtbar zu machen. Vasovist ist ein Gadoliniumkomplex mit einer Art molekularem Anker, der spezifisch an Albumin bindet, ein Protein im Blutserum. Durch die Bindung an dieses große Proteinmolekül wird die Rotation der Gadoliniumverbindung um die eigene Achse dramatisch verlangsamt – und damit das Signal verstärkt. Ein schnell rotierendes Kontrastmittel kann die Protonenspins weniger effektiv „durchschütteln“, die Bindung an das Zielprotein verstärkt also die Wirkung des Kontrastmittels – „knipst“ es sozusagen erst richtig an.

Peter Caravan und ein Forscherteam von EPIX Pharmaceuticals, Cambridge, USA, und dem New York Medical College wollen die Empfindlichkeit der Kernspintomographie für eine breitere Anwendbarkeit weiter erhöhen. Könnte man das Kontrastmittel verbessern, indem man die Anzahl der Gadoliniumkomplexe erhöht? Die Wissenschaftler verknüpften mehrere Gadoliniumkomplexe zu einer Kette, an deren Ende nach wie vor der Anker für das Albumin hängt. Nachteil bei diesem Ansatz: Die einzelnen Gadoliniumkomplexe sind innerhalb der Kette nun wieder recht frei beweglich und drehbar, ein viel besserer Kontrast ist so also nicht zu erreichen. Die Forscher fanden einen pfiffigen Ausweg: Sie knüpften einfach einen weiteren Anker an das andere Kettenende, so dass die Kette an zwei Stellen an das Albumin bindet und dabei regelrecht festgezurrt wird. Die auf diese Weise stark eingeschränkte Beweglichkeit der Kettenglieder schlägt sich in der Tat in einer deutlichen Erhöhung des Kontrasts nieder.

EPIX Pharmaceuticals, Inc., Cambridge (USA),
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Angewandte Chemie,
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