Wissenschaftler des Massachusetts General Hospital und der Harvard Medical School haben ein neues, alternatives MRT-Kontrastmittel ohne Gadolinium entwickelt, bei dem die toxischen, toxischen Nebenwirkungen bisheriger Produkte vermieden werden.
Die Verwendung eines kontrastverstärkenden Mittels in der Magnetresonanztomographie (MRT) verbessert die Bildqualität erheblich. Dadurch können Radiologen, die MRT-Scans interpretieren, subtile anatomische Details und Anomalien erkennen, die ansonsten möglicherweise übersehen würden.
Allerdings wird Menschen mit chronischen Nierenerkrankungen dieses wichtige Diagnoseinstrument oft vorenthalten, da alle handelsüblichen Kontrastmittel Gadolinium-basierte Kontrastmittel (GBCAs) sind.
Das Schwermetall Gadolinium wird mit schweren Nebenwirkungen und der Erkrankung nephrogene systemische Fibrose in Verbindung gebracht, die bei Patienten mit Niereninsuffizienz beobachtet wurde.
Gadolinium aus Gadolinium-basierten Kontrastmitteln wird auch im Gehirn, in den Knochen, der Haut und anderen Organen eingelagert, selbst bei Patienten mit normaler Nierenfunktion.
ÜBERSICHT
MRT-Kontrastmittel auf der Basis von Mangan
Forscher des Massachusetts General Hospital (MGH) und der Harvard Medical School (HMS) haben ein alternativen MRT-Kontrastmittel auf der Basis von Mangan entwickelt. Mangan ist beispielsweise in Nüssen, Hülsenfrüchten, Samen, grünem Blattgemüse und Vollkornprodukten enthalten und wird vom Körper leicht aufgenommen und wieder ausgeschieden.
Mangan hat magnetische Eigenschaften, die denen von Gadolinium ähneln, jedoch ohne die schädlichen, toxischen Nebenwirkungen von Gadolinium.
Dieses manganbasierte Kontrastmittel mit der Bezeichnung Mn-PyC3A leistet alles, was ein Gadolinium-basiertes Kontrastmittel auch leisten kann, erklärt Dr. Eric M. Gale, Forscher in Biomedical Engineering am Massachusetts General Hospital und Assistant Professor für Radiologie an der Harvard Medical School sowie Miterfinder von Mn-PyC3A, einem MRT-Kontrastmittel auf Basis von Mangan.
Besonders wichtig ist das für Patienten mit chronischen Nierenerkrankungen und anderen Formen der Niereninsuffizienz, die eine sorgfältige Risiko-Nutzen-Analyse benötigen, bevor sie sich einem MRT mit einem Gadolinium-basierten Kontrastmittel unterziehen.
Die Forscher können sich aber auch vorstellen, dass das neue MRT-Kontrastmittel auf Basis von Mangan (Mn-PyC3A) jedem Patienten anzubieten, der ein MRT mit Kontrastmittel benötigt. Es gibt Patienten, die im Laufe der Zeit viele MRT-Untersuchungen mit Gadolinium-basierten Kontrastmittel zur Krankheitsüberwachung oder zum Screening benötigen.
In vorherigen präklinischen Bildgebungsstudien wurde bereits gezeigt, dass das MRT-Kontrastmittel auf Basis von Mangan Mn-PyC3A bei der Sichtbarmachung von Blutgefäßen und Tumoren diagnostisch gleichwertig mit einem Gadolinium-basierten Kontrastmittel ist.
MRT-Kontrastmittel gehören zu einer Gruppe von Molekülen, die Chelate genannt werden, bei denen ein Metallion (geladenes Teilchen) von einem organischen Molekül umhüllt wird, um zu vermeiden, dass der Patient dem Metallion ausgesetzt ist, das sich im Gewebe ablagern kann.
Bei Mangan ist es sehr schwierig, ein Chelat zu entwickeln, das das Metallion fest bindet, ohne die MRT-Signal-erzeugenden Eigenschaften von Mangan zu beeinträchtigen. Das Kontrastmittel Mn-PyC3A wurde so optimiert, dass es Mangan sehr fest bindet und einen ebenso wirkungsvollen MRI-Kontrast erzeugt wie handelsübliche Gadolinium-basierte Kontrastmittel, so die Forscher.
Im Rahmen der Studie verglichen die Wissenschaftler das Kontrastmittel Mn-PyC3A mit einem älteren, auf Mangan basierenden Kontrastmittel namens Mn-DPDP, das für die Leberbildgebung zugelassen ist, aber nicht mehr vermarktet wird, mit simultaner Positronen-Emissions-Tomographie und MRI (PET-MRI).
Die gewonnenen PET-MRI-Daten zeigen deutliche Unterschiede zwischen den beiden Kontrastmitteln Mn-PyC3A und Mn-DPDP. Eine wichtige Erkenntnis ist, dass nach einer Mn-DPDP-Injektion erhebliche Mengen an Restmangan in Organen wie Knochen, Speicheldrüsen, Leber und Magen-Darm-Trakt nachgewiesen werden konnten, während Mangan, das als Mn-PyC3A injiziert wurde, schnell und vollständig aus dem Körper ausgeschieden wurde und sich nirgendwo im Gewebe ablagerte.
Deutliche Unterschiede in der Mangan-Biodistribution
Die PET-MRI-Daten zeigen den Forschern zufolge große Unterschiede in der Mangan-Biodistribution zwischen den beiden Kontrastmitteln Mn-PyC3A und Mn-DPDP auf und demonstriert, wie robust Mn-PyC3A gegen die Freisetzung des Mangan-Ions ist.
Die PET-Bildgebung zeigte, dass das Kontrastmittel Mn-PyC3A überwiegend über die Nieren, ein Teil aber auch über die Leber und mit dem Stuhl ausgeschieden wird. Um zu verstehen, wie sich eine Nierenfunktionsstörung auf die Fähigkeit des Körpers, Mn-PyC3A auszuscheiden, auswirken könnte, untersuchten die Autoren Mn-PyC3A auch in einem Rattenmodell mit Nierenfunktionsstörung mittels PET-MRI.
Schneller und effizienter Abbau des Kontrastmittels
Die Ergebnisse zeigen, dass das Kontrastmittel Mn-PyC3A auch bei niereninsuffizienten Ratten schnell und effizient eliminiert wird, wobei der Hauptunterschied darin besteht, dass ein größerer Anteil von Mn-PyC3A über die Leber abgebaut wird. Klinische Gadolinium-basierte Kontrastmittel werden nur über die Niere ausgeschieden und verbleiben daher über einen längeren Zeitraum in nierengeschädigten Patienten, was zu einer erhöhten Gadoliniumbelastung führt. Die bildgebenden Daten zeigen, wie bei Mn-PyC3A die Leber die eingeschränkte Nierenfunktion kompensiert und für eine schnelle und vollständige Eliminierung von Mn-PyC3A sorgt.
Abschließend führten die Autoren ein Experiment durch, um das im Gewebe zurückgebliebene Mangan und Gadolinium sieben Tage nach einer gleichen Dosis der MRT-Kontrastmittel Mn-PyC3A und Gadoterat, dem modernsten Gadolinium-basierten Kontrastmittel in Bezug auf die Gadolinium-Retention im Gewebe, bei niereninsuffizienten Ratten zu bestimmen. Das Experiment zeigte eine signifikant effizientere Ganzkörper-Ausscheidung von Mangan, was weiter unterstreicht, wie effizient das MRT-Kontrastmittel auf Basis von Mangan Mn-PyC3A eliminiert wird.
Die vorliegenden Studienergebnisse wurden in der Zeitschrift Investigative Radiology veröffentlicht. Weitere Koautoren der Studie sind Ian A. Ramsay, BS, Ilknur Ay, PhD, Pamela Pantazopoulos, BS, Nicholas J. Rotile, BS, und Alison Wong, BS, vom Institute for Innovation in Imaging und vom Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging am Massachusetts General Hospital.
Was sind MRT-Kontrastmittel
MRT-Kontrastmittel sind Kontraststoffe, die zur Verbesserung der Sichtbarkeit innerer Körperstrukturen in der Magnetresonanztomographie (MRT) eingesetzt werden. Die am häufigsten verwendeten Verbindungen zur Kontrastverstärkung sind auf Gadoliniumbasis. Solche MRT-Kontrastmittel verkürzen nach oraler oder intravenöser Verabreichung die Relaxationszeiten von Atomkernen im Körpergewebe.
Im Kernspintomographen werden Teile des Körpers einem sehr starken Magnetfeld ausgesetzt, wodurch vor allem die Wasserstoffkerne („Spins“) des Wassers im Gewebe in Richtung des Magnetfeldes gepolt werden. Ein intensiver Hochfrequenzimpuls wird angelegt, der die von den Wasserstoffkernen erzeugte Magnetisierung in Richtung der Empfängerspule kippt, wo die Spin-Polarisation nachgewiesen werden kann.
(Quellen: Massachusetts General Hospital / Harvard Medical School / Investigative Radiology)
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