Es ist die Unsicherheit, die Angst macht: Krebs. Nach einem Bericht des Robert Koch-Instituts aus dem Jahr 2016 hat sich die absolute Zahl der Neuerkrankungen seit Anfang der 1970er-Jahre in Deutschland fast verdoppelt. Zeit ist ein entscheidender Faktor – denn eine frühzeitige und exakte Diagnose kann Leben retten.
In den vergangenen Jahrzehnten wurden die Verfahren, mit denen verdächtige Gewebestellen im Körper erkannt werden können, immer genauer. Für Patienten besonders schonend und dabei effizient ist die Magnetresonanztomographie, da sie ohne schädliche Chemikalien oder radioaktive Substanzen auskommt und dreidimensionale, detailreiche Schnittbilder von menschlichem Gewebe liefert.
Die klassische MRT nutzt unter anderem Magnetfelder, um hochauflösende Bilder zu erstellen. Der Körper eines Menschen besteht zu etwa 70 Prozent aus Wasser. Jedes Wassermolekül enthält zwei Wasserstoffatome, deren Kerne magnetisch sind. Die Magnetfelder im Kern dieser Wasserstoffatome werden durch Kernspins erzeugt. Mit einem so genannten Polarisator werden die Magnetfelder der Kernspins in den Wassermolekülen verstärkt und ausgerichtet.
Das ist wichtig, denn: Je besser die Kernspins ausgerichtet sind, desto stärker ist auch das Signal der MRT und desto genauer werden die Ergebnisse. Unter dem Zusatz von Hochfrequenzimpulsen werden bestimmte Atomkerne im Körper zusätzlich resonant angeregt, was als elektrisches Signal gemessen werden kann. Ein spezielles Programm wandelt alle Messergebnisse anschließend in hochauflösende, dreidimensionale Bilder um.
Was Diamanten bringen
Für das neuartige MRT-Verfahren erweitern die Forscher das klassische Vorgehen mit einem Polarisator aus Nanodiamanten. Für den Polarisator spielen die eingebauten Stickstoff-Fehlstellen-Zentren eine wichtige Rolle: Die Elektronenspins in diesen Zentren erzeugen Magnetfelder, die auf andere Kernspins übertragen werden können und diese somit ausrichten (polarisieren). Dadurch werden die Nanodiamanten oder externen Moleküle hyperpolarisiert. Sie können anschließend vor der MRT-Untersuchung in den Menschen injiziert werden und so die Empfindlichkeit der Bildgebung deutlich steigern.
"Unsere Aufgabe besteht darin, den Diamanten auf der Nanoskala zu optimieren und die Stickstoff-Fehlstellen-Zentren einzubauen", erklärt Verena Zürbig vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik. Sie ist überzeugt: "Die Polarisatoren mit den Diamanten werden die Empfindlichkeit des MRT gegenüber dem herkömmlichen Vorgehen deutlich steigern." Dadurch kann es möglich werden, Krebs nicht nur frühzeitig zu diagnostizieren, sondern zudem das Stadium der Krebszellen zu erkennen. (red, 9.3.2018)