NVision nutzt Quantentechnologie, um die MRT-Bildgebung mit vorhandenen Maschinen 100.000-mal präziser zu machen.
Ein deutsches Start-up, das die MRT-Bildgebung vorantreibt, könnte Leben retten, indem es Ärzten ermöglicht, viel schneller und präziser zu sehen, ob eine Krebsbehandlung anschlägt oder nicht.
Die „Hyperpolarisations“-Technologie von NVision nutzt Quantenphysik, um das magnetische Signal von Molekülen im menschlichen Körper mithilfe von Standard-MRTs um das bis zu 100.000-fache zu verstärken.
Die Technik ermöglicht es der MRT-Bildgebung, Veränderungen in Zellen auf Stoffwechselebene darzustellen, was viel mehr Informationen als auf Gewebeebene liefert und innerhalb von Tagen statt Monaten zeigt, ob eine Krebstherapie wirksam ist oder sich ein Tumor ausbreitet.
„Manche Patienten haben einfach keine Zeit. „Eine fehlgeschlagene Behandlung ist fast ein Todesurteil, weil man wirklich nicht genug Zeit hat, den Kurs zu ändern“, sagte CEO Sella Brosh gegenüber Euronews Next.
Die Technologie von NVision zielt darauf ab, die MRT-Bildgebung zu einem „völlig anderen Ballspiel“ zu machen, sagte er.
Wie funktionieren MRTs und was macht diese Technologie anders?
MRTs nutzen die magnetische Signatur von Wasser, um festzustellen, wo es sich im Körper befindet und wie es auf das umliegende Gewebe wirkt. Wasser im Blut sieht anders aus als Wasser im Muskel oder in der Haut, was zu unterschiedlichen magnetischen Signaturen führt, die ein anatomisches Bild des Körpers erzeugen.
Wir haben so viel Wasser in unserem Körper, dass dieses Signal sehr stark ist. Brosh erklärte jedoch, dass es den MRTs fehle, die anderen kleinen Moleküle in unserem Körper, auch Metaboliten genannt, aufzuspüren.
„Stoffwechsel ist Leben, er ist die Art und Weise, wie wir überleben, und er ist die Art und Weise, wie Tumore und Krebsarten überleben und wachsen, indem sie Energie verbrauchen“, erklärte Brosh. „Wir machen es möglich, dass MRTs in großem Maßstab zu metabolischen Bildgebern werden.“
Anstatt MRT-Geräte leistungsfähiger oder empfindlicher zu machen, konzentriert sich die Technologie von NVision darauf, das Signal dieser Metaboliten stärker und damit für die vorhandenen Geräte leichter lesbar zu machen.
Das Start-up wählte einen Metaboliten, Pyruvat, aus, bei dem es sich im Wesentlichen um einen Zucker handelt, den Krebserkrankungen lieben. NVision nimmt diesen Zucker und manipuliert die Kernspins seiner Kohlenstoffatome, um das magnetische Signal des Moleküls bei einem Standard-MRT um das 100.000-fache zu verstärken.
„Was die MRT auffängt, sind in Wirklichkeit diese Spins auf den Atomen“, sagte Ilai Schwartz, CTO von NVision. „Das Problem bei einer MRT besteht darin, dass die meisten Drehungen nicht in eine Richtung ausgerichtet sind, und wenn man sie dann alle dreht, werden sie gut zusammen verarbeitet.“ Es gibt einige, die oben sind, andere, die unten sind, und sie heben sich gegenseitig auf.“
„Was wir für unseren spezifischen Zucker tun, ist, dass wir sie alle – oder fast alle – in eine Richtung ausrichten“, erklärte er.
Klingt kompliziert? Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, kleine Spielzeugsoldaten zu zählen, die überall auf dem Boden verstreut sind. Wenn sie alle in einer ordentlichen, geraden Reihe stehen, ist es viel einfacher, sie zu zählen.
Wie Google Street View für Zellen
Für das MRT ist es nicht nur einfacher, diese Signale zu erfassen, es kann auch viel mehr Informationen daraus interpretieren.
Eine Analogie für diese zusätzliche Informationsebene ist der Unterschied zwischen der Verwendung von Google Maps und Google Street View. Auf der Karte ist eine Straße nur eine Linie. Aber wenn man hineinzoomt und es wie bei Google Street View erkundet, kann man sehen, wie es tatsächlich aussieht, was geordnet wirkt und was nicht.
Das Erscheinen von Metaboliten in der MRT-Bildgebung ist von entscheidender Bedeutung. Dadurch können medizinische Fachkräfte nachverfolgen, wie der Körper sie verarbeitet und wo Dinge nicht so funktionieren, wie sie sollten.
Wenn Pyruvat in normale Zellen gelangt, wird ein Teil davon in Laktat umgewandelt, jedoch nur in geringer Menge. Krebszellen produzieren jedoch viel mehr Laktat als normal. Das Erkennen dieser Überproduktion von Laktat könnte es Ärzten daher ermöglichen, einen Tumor sicher zu lokalisieren und zu sehen, wo er wächst.
„Man verfolgt in Echtzeit, wie der Zucker in die Zelle gelangt und sich in andere Metaboliten umwandelt“, erklärte Brosh. „Es ist eine völlig neue Dimension, die Ihnen die MRT bieten kann.“
Stellen Sie sich die MRT als einen Schnappschuss vor, der Autos auf einem Parkplatz zeigt. Sie sind still, also sehen wir, wie sie aussehen, aber wir wissen nichts darüber, wie sie funktionieren. Aber geben Sie ihnen Treibstoff und schauen Sie ihnen beim Herumfahren zu, und Sie werden sehen, was schief geht, welche nicht auf der Spur bleiben oder welche zu schnell fahren und ein Risiko darstellen.
„Genau das machen wir hier. Wir geben den Zellen Brennstoff und schauen, wie sie ihn nutzen“, sagte Brosh.
Ist das sicher?
In seinen Labors in Ulm, Deutschland, bereitet NVision diesen „Quantenzucker“ vor und reinigt ihn, damit er sicher für die Injektion ist.
„Das sind alles natürlich vorkommende Substanzen im Körper und sie werden unter normalen physiologischen Bedingungen injiziert, sodass sie völlig harmlos sind“, sagte Anna Parker, NVisions leitende Direktorin für NMR-Hyperpolarisation (Kernspinresonanz).
Sie fügte hinzu, dass der große Vorteil der MRT darin besteht, dass sie harmlos ist und man sie so oft wie nötig durchführen kann, ohne dass es mit der Zeit zu Schäden kommt, im Gegensatz zu PET-CT-Scans oder Röntgenaufnahmen, bei denen man Strahlung ausgesetzt wird.
Der polarisierende Effekt der NVision-Technologie hält jedoch nur wenige Minuten an und muss daher direkt vor einer MRT-Untersuchung durchgeführt werden.
Alles, was ein Gesundheitspersonal tun muss, ist, ein Fläschchen mit dem „Quantenzucker“ von NVision in den Hyperpolarisator zu stecken. Die Maschine nutzt Parawasserstoff, um die Flüssigkeit in weniger als zwei Minuten aufzuladen. Anschließend kann sie einem Patienten injiziert werden.
Laut NVision haben einige der weltweit führenden Krebsforschungszentren seine Technologie ausprobiert, darunter das Memorial Sloan Kettering, MD Anderson und Mass General (Massachusetts General Hospital) in den USA sowie das University College London, Cambridge und die ETH Zürich in Europa. Die ersten Systeme sollen im ersten Quartal 2024 gekauft und ausgeliefert werden.
Krebs, aber auch Alzheimer bekämpfen
General Electric hat eine konkurrierende Hyperpolarisationstechnik entwickelt, die bereits verwendet wird, aber im Gegensatz zu NVisions, die auch kompakter ist, extrem niedrige Temperaturen erfordert.
Das deutsche Start-up hofft daher, schnell skalieren zu können, um Hunderttausende Patienten für die Nutzung seiner Technologie zu gewinnen, und folgt dabei einem „Nespresso-Modell“, bei dem es sowohl die Polarisationsmaschine als auch die Kits (das Äquivalent der Kaffeepads) zum Injizieren bereitstellt in jeden Patienten.
Krebs ist derzeit das Hauptziel von NVision, aber die Möglichkeit, den Stoffwechsel mithilfe von Bildgebungssystemen zu verfolgen, könnte dabei helfen, viele andere Erkrankungen wie Herzkrankheiten, neurodegenerative Erkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit und sogar rheumatologische Erkrankungen zu erkennen, lange bevor ihre Symptome sichtbar werden .
„Wir glauben, dass allen diesen Krankheiten eine Veränderung des Stoffwechsels vorausgeht“, sagte Brosh.
NVision erforscht außerdem Möglichkeiten, wie die Technologie dazu beitragen könnte, zu sehen, wie neue Organe nach einer Transplantation aufgenommen werden, und wie sie als leistungsstarkes chemisches Analysewerkzeug mithilfe der NMR-Spektroskopie eingesetzt werden könnte. Einfach ausgedrückt könnte es Wissenschaftlern helfen, eine Mischung unbekannter Moleküle zu identifizieren, indem sie ihre chemischen Fingerabdrücke analysieren.
„Es ist das Rückgrat vieler verschiedener Arten wissenschaftlicher Forschung, daher hoffen wir, dass wir auch eine völlig neue Methode für die NMR-Spektroskopie und chemische Analyse entwickeln können“, sagte Parker.