Hoher Einsatz

Stefan Löffler | aus HEUREKA 6/03 vom 10.12.2003

Die Verfahren, die Einblick ins Gehirn geben, liefern immer höher aufgelöste Bilder. Messungen werden verfeinert und neue Markersubstanzen entwickelt. Im bei Köln gelegenen Forschungszentrum Jülich werden die Grenzen der Technologie neu vermessen. Ein Augenscheinbericht.

Nur an wenigen Orten weltweit ist die Hirnforschung so gut ausgestattet wie am Institut für Medizin des Forschungszentrums Jülich. Die Millionen teuren Systeme werden aber selbst in Jülich nicht nur experimentell, sondern auch klinisch eingesetzt. In einem Nebengebäude entsteht gerade ein Bettenbereich für die Aufnahme von Patienten. Mit Hirnscannern, wie sie in Spitälern Einblick in Patientenköpfe verschaffen, lassen sich die auch zu Forschungszwecken genutzten Geräte allerdings schwer vergleichen.

Gewöhnlich dauere es zwei, drei Jahre, bis ein Forschungstomograph aufgebaut und hinreichend getestet ist. Schon kleinste Temperaturunterschiede können Messergebnisse verzerren, erklärt Jon Shah, der die Kernspinresonanzgruppe leitet. Der Physiker ist stolz, dass ein Magnetresonanztomograph (MRT), dessen Teile vor einem Jahr geliefert wurden, bereits kurz vor dem Einsatz steht. Mit vier Tesla Magnetfeldstärke wird er weit höher aufgelöste Bilder liefern als ein spitalsübliches 1,5-Tesla-Gerät. Mit dem zimmergroßen Tomographen und einem Computerarbeitsplatz in einem durch ein Sichtfenster verbundenen Vorraum ist es nicht getan. Ein ganzer weiterer Raum wird für die Kühlung und Steuerung des Systems benötigt. Anders als die Positronenemissionstomographie (PET) erfordert MRT keine radioaktiven Marker, um Aktivitäten des lebenden Gehirns aufzuzeigen. Die Arbeiten von Shahs Gruppe dienen auch dazu, einige bisher mit PET durchgeführte Versuche, etwa zur Kognition oder zur Entwicklung von Wirkstoffen, durch sanftere MRT zu ersetzen. An den Flurwänden hängen Patenturkunden. Shah und seine Mitarbeiter haben zahlreiche ihrer Ideen schützen lassen und sie damit zugleich publik gemacht. Zu Forschungszwecken dürfen die in Jülich erfundenen Methoden und Verfahren frei genutzt werden.

Anders als MRT kann PET auch über die Durchblutung hinausgehende Stoffwechselvorgänge im Gehirn sichtbar machen. Dabei werden minimale Mengen kurzlebiger radioaktiv markierter Substanzen injiziert, deren Strahlung im Inneren des Gehirns vom PET-Detektor gemessen wird.

Derzeit ist eine Studie über die Funktion des Botenstoffs Adenosin im Gehirn in Vorbereitung. Bis der genaue Ablauf der Experimente klar ist, sind zahlreiche Pilotversuche nötig, berichtet der Neurologe Andreas Bauer. Wegen des Zeitdrucks müssen die Abläufe während eines PET-Experiments genau abgestimmt sein: Bis zu einem Dutzend Wissenschaftler, Techniker und Pfleger arbeiten dabei Hand in Hand. Im Labor findet sich auch ein kleiner PET, der eigens für Versuche an Ratten und Affen gebaut wurde. Doppelt gelagerte Kristallschichten erlauben eine höhere Auflösung. Um Milliarden Messdaten pro Sekunde verarbeiten zu können, wurden zudem eigens Prozessoren gebaut.

Aufwendig ist vor allem die Entwicklung von für PET einsetzbaren Markern. Mit dem Liganden CPFPX steht seit kurzem ein radioaktiver Marker mit einer Halbwertszeit von immerhin 109 Minuten zur Verfügung. Manches komplexe Experiment wird dadurch erst möglich. Acht Jahre habe die Entwicklung von CPFPX gedauert, so Bauer. Die Kosten: ein hoher zweistelliger Millionenbetrag.

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