Wissenschaftler des Massachusetts General Hospital und der Harvard Medical School haben ein neues, alternatives MRT-Kontrastmittel entwickelt, das ohne Gadolinium auskommt und die toxischen Nebenwirkungen bisheriger Produkte vermeidet.
- In der Radiologie werden Kontrastmittel bei Röntgenuntersuchungen und in der Computertomographie eingesetzt, um Gewebe und Organe mit geringen Dichteunterschieden besser darstellen zu können.
Der Einsatz eines Kontrastmittels in der Magnetresonanztomographie (MRT) verbessert die Bildqualität erheblich. Dadurch können Radiologen, die MRT-Aufnahmen interpretieren, feine anatomische Details und Anomalien erkennen, die sonst möglicherweise übersehen würden.
Menschen mit chronischem Nierenversagen bleibt dieses wichtige Diagnoseinstrument jedoch oft vorenthalten, da es sich bei allen handelsüblichen Kontrastmitteln um Gadolinium-basierte Kontrastmittel (GBCA) handelt.
Sind Kontrastmittel schädlich für den Körper? Das Schwermetall Gadolinium wird mit schweren Nebenwirkungen und der Erkrankung Nephrogene Systemische Fibrose in Verbindung gebracht, die bei Patienten mit Niereninsuffizienz beobachtet wird.
- Gadolinium aus gadoliniumhaltigen Kontrastmitteln wird auch bei Patienten mit normaler Nierenfunktion in Gehirn, Knochen, Haut und anderen Organen abgelagert.
ÜBERSICHT
MRT-Kontrastmittel auf der Basis von Mangan
Forschende des Massachusetts General Hospital (MGH) und der Harvard Medical School (HMS) haben ein alternatives MRT-Kontrastmittel auf der Basis von Mangan entwickelt.
- Mangan kommt zum Beispiel in Nüssen, Hülsenfrüchten, Samen, grünem Blattgemüse und Vollkornprodukten vor und wird vom Körper leicht aufgenommen und wieder ausgeschieden.
Mangan hat ähnliche magnetische Eigenschaften wie Gadolinium, jedoch ohne die schädlichen toxischen Nebenwirkungen von Gadolinium.
Dieses Kontrastmittel auf Manganbasis mit der Bezeichnung Mn-PyC3A kann alles, was ein Kontrastmittel auf Gadoliniumbasis auch kann, erklärt Dr. Eric M. Gale, Forscher im Bereich 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 Manganbasis.
Dies ist besonders wichtig für Patientinnen und Patienten mit chronischen Nierenerkrankungen und anderen Formen des Nierenversagens, die eine sorgfältige Risiko-Nutzen-Analyse benötigen, bevor sie sich einer MRT mit einem Kontrastmittel auf Gadolinium-Basis unterziehen.
Die Wissenschaftler können sich aber auch vorstellen, das neue MRT-Kontrastmittel auf Manganbasis (Mn-PyC3A) allen Patienten anzubieten, die eine MRT mit Kontrastmittel benötigen. Es gibt Patienten, die im Laufe der Zeit viele MRT-Untersuchungen mit Gadolinium-basierten Kontrastmitteln zur Krankheitsüberwachung oder Früherkennung benötigen.
Vorangegangene präklinische Bildgebungsstudien haben bereits gezeigt, dass das Mangan-basierte MRT-Kontrastmittel Mn-PyC3A diagnostisch gleichwertig zu Gadolinium-basierten Kontrastmitteln ist, wenn es um die Darstellung von Blutgefäßen und Tumoren geht.
MRT-Kontrastmittel gehören zu einer Gruppe von Molekülen, den so genannten Chelaten, bei denen ein Metallion (geladenes Teilchen) von einem organischen Molekül umhüllt wird, um zu verhindern, dass der Patient dem Metallion ausgesetzt wird, das sich im Gewebe ablagern kann.
Im Falle von Mangan ist es sehr schwierig, ein Chelat zu entwickeln, das das Metallion fest bindet, ohne die MRT-signalerzeugenden Eigenschaften von Mangan zu beeinträchtigen. Das Kontrastmittel Mn-PyC3A wurde so optimiert, dass es Mangan sehr fest bindet und einen ebenso effektiven MRI-Kontrast erzeugt wie kommerziell erhältliche Kontrastmittel auf Gadolinium-Basis, so die Forscher.
In der vorliegenden Studie verglichen die Wissenschaftler das Kontrastmittel Mn-PyC3A mit einem älteren Mangan-Kontrastmittel namens Mn-DPDP, das für die Leberbildgebung zugelassen, aber nicht mehr auf dem Markt ist, mittels simultaner Positronen-Emissions-Tomographie und Magnetresonanztomographie (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 der Injektion von Mn-DPDP 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 und belegen, wie robust Mn-PyC3A gegen die Freisetzung des Mangan-Ions ist.
Die PET-Bildgebung zeigte, dass das Kontrastmittel Mn-PyC3A hauptsächlich über die Nieren, ein Teil aber auch über die Leber und den Stuhl ausgeschieden wird. Um zu verstehen, wie sich eine Nierenfunktionsstörung auf die Fähigkeit des Körpers auswirken könnte, Mn-PyC3A auszuscheiden, 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 in niereninsuffizienten Ratten schnell und effizient eliminiert wird, wobei der Hauptunterschied darin besteht, dass ein größerer Anteil von Mn-PyC3A über die Leber ausgeschieden wird.
Klinische Kontrastmittel auf Gadoliniumbasis werden ausschließlich über die Nieren ausgeschieden und verbleiben daher bei niereninsuffizienten Patienten über einen längeren Zeitraum, was zu einer erhöhten Gadoliniumbelastung führt. Die Bildgebungsdaten zeigen, wie die Leber im Falle von Mn-PyC3A die eingeschränkte Nierenfunktion kompensiert und für eine schnelle und vollständige Elimination von Mn-PyC3A sorgt.
Schließlich führten die Autoren ein Experiment durch, um das im Gewebe verbleibende Mangan und Gadolinium sieben Tage nach Verabreichung gleicher Dosen der MRI-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 Ganzkörperausscheidung von Mangan, was die Effizienz der Ausscheidung des Mangan-basierten MRT-Kontrastmittels Mn-PyC3A weiter unterstreicht.
- Die aktuellen Studienergebnisse wurden in der Fachzeitschrift 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 in der Magnetresonanztomographie (MRT) eingesetzt werden, um die Darstellung innerer Körperstrukturen zu verbessern. Die am häufigsten verwendeten kontrastverstärkenden Verbindungen sind solche auf der Basis von Gadolinium. Solche MRT-Kontrastmittel verkürzen nach oraler oder intravenöser Verabreichung die Relaxationszeiten der Atomkerne 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 kippt die von den Wasserstoffkernen erzeugte Magnetisierung in Richtung der Empfängerspule, wo die Spinpolarisation nachgewiesen werden kann.
Quellen
- Massachusetts General Hospital
- Harvard Medical School
- Investigative Radiology
- Zhou, Iris Yuwen PhD∗,†; Ramsay, Ian A. BS∗; Ay, Ilknur PhD∗; Pantazopoulos, Pamela BS∗; Rotile, Nicholas J. BS∗; Wong, Alison BS∗; Caravan, Peter PhD∗,†; Gale, Eric M. PhD∗,†. Positron Emission Tomography–Magnetic Resonance Imaging Pharmacokinetics, In Vivo Biodistribution, and Whole-Body Elimination of Mn-PyC3A. Investigative Radiology 56(4):p 261-270, April 2021. | DOI: 10.1097/RLI.0000000000000736
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