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Weltweit sind es etwa 10 000 Geräte,
die auf Basis der Magnetischen
Kernresonanz (Nuclear Magnetic
Resonance, NMR) arbeiten
und mit deren Hilfe sich Mediziner
ein Bild von der Krankheit der
Patienten machen. NMR-Bilder
zeichnen sich durch einen hohen
Kontrast, detaillierte Darstellung
der Weichteilgewebe und eine
gute Ortsauflösung aus.
Für medizinische Anwendungen
allerdings ist die Bildauflösung
auf etwa einen Millimeter beschränkt.
Die NMR-Mikroskopie ist vor wenigen
Jahren erstmals beschrieben worden. Sie war
Gegenstand einer internationalen Konferenz
vom 27. bis 31. August aus Anlaß des Röntgen-Jahres
in Würzburg. Die "International
Conferences on Magnetic Resonance Microscopy"
finden alle zwei Jahre statt und bringen
die noch wenigen Arbeitsgruppen aus
der ganzen Welt zusammen. Zur dritten Konferenz
nach Würzburg kamen rund 250Teilnehmer
aus mehr als zwanzig Ländern. Anwesend
waren auch viele interessierte, zukünftige
Anwender dieser vielversprechenden
Technik.
Organisiert wurde die Tagung vom
Lehrstuhl für Experimentelle Physik V
(Prof. Dr. Axel Haase). Die Schirmherrschaft
hatte die "Division of Spatially Resolved
Magnetic Resonance" der "Groupement
Ampere". Diese Gruppe von Wissenschaftlern
ist die älteste internationale Vereinigung,
die sich mit den physikalischen Grundlagen
und Anwendungen der NMR beschäftigt. Sie
organisiert weltweit Tagungen und Workshops.
Die Dritte Internationale Konferenz für
NMR-Mikroskopie in Würzburg wurde finanziell
unterstützt vom Bayerischen Staatsministerium
für Unterricht, Kultus, Wissenschaft
und Kunst sowie der Deutschen Forschungsgemeinschaft,
DFG. Ehrengast war
der Entdecker der NMR-Bildgebung, Prof.
Dr. Paul C. Lauterbur von der Universität
Urbana (USA). Auf der Konferenz wurden
Vorträge gehalten und Poster präsentiert.
Die Magnetfeldstärken der medizinischen
NMR-Geräte liegen im Bereich von ein bis
Magnetresonanz-Mikroskopie
birgt ein Arsenal von
Anwendungsmöglichkeiten
zwei Tesla. In etwa zehn fach höheren Magnetfeldstärken
kann die Ortsauflösung der
NMR-Bildgebung, zumindest theoretisch, in
die Größenordnung von einem Mikrometer
verbessert werden. Sie wird damit vergleichbar
mit der Lichtmikroskopie. Die NMR­
Mikroskopie eröffnet völlig neuartige Möglichkeiten:
Während bei der Lichtmikroskopie
Gewebeschnitte untersucht werden, kann
die NMR-Mikroskopie an intakten Lebewesen
(Tiere, Tierorgane und Pflanzen) eingesetzt
werden - ohne diese zu zerstören.
1. Gerätetechnik für NMR-Mikroskopie
und Medizin
Während der Konferenz wurden neue
NMR-Meßsonden beschrieben, die mit modemen
Verfahren der Mikrostrukturierung
aufgebaut werden und in biologischem Gewebe
detaillierte NMR-Information mit
höchster räumlicher Auflösung erreichen.
Hiermit sind bereits einzelne Zellen abbildbar,
Stoffwechselvorgänge in einer lebenden
Zelle können mit NMR-Spektroskopiemethoden
untersucht werden.
Ein weiteres Thema waren neue, offene
Magnetsysteme für die medizinische NMR­
Bildgebung. Üblicherweise enthalten heutige
NMR-Geräte für die medizinische Anwendung
zylinderförrnige, geschlossene supraleitende
Magnete, in die der Patient auf
einer Liege geschoben wird. Manchmal muß
dabei die Messung abgebrochen werden,
weil einige Patienten unter Klaustrophobie
leiden. Weiterhin hat der Arzt während der
NMR-Untersuchung kaum Zugang zum Patienten,
so daß dringend notwendige Eingriffe,
etwa mit Hilfe der Laserchirurgie, nicht
möglich sind.
Anders bei den offenen Magnetsystemen:
Sie ermöglichen nach einer Seite hin freien
Zugang zum Patienten. Dieser hat während
der Untersuchung ein freies Sichtfeld nach
außen, der Arzt direkte Einsichtsmöglichkeit.
Durch diese offenen Magnetsysteme wird
die NMR-Bildgebung nicht nur in der Diagnostik,
sondern auch in der Therapie eingesetzt
werden, da Eingriffe am Patienten
unter NMR-Kontrolle möglich sind. Diese
Entwicklung könnte den Operationsaal der
Zukunft entscheidend verändern.
2. Elektronenspin-Resonanz
BLICK
Bei der Konferenz in Würzburg ging es
auch um die Elektronenspin-Resonanz, mit
der in biologischem Gewebe beispielsweise
freie Radikale beobachtet werden können.
Diese hochreaktiven Substanzen werden unter
anderem für die Entstehung von Tumoren
verantwortlich gemacht. Auf der Tagung
wurden Elektronenspin-Resonanz-Experimente
an intakten biologischen Systemen
und auch Bilder der Verteilung freier Radikale
in biologischem Gewebe beschrieben.
3. NMR in der Pflanzenphysiologie und
Lebensmitteltechnologie
Die NMR-Bildgebung erlaubt es, zerstörungsfrei
und nichtinvasiv den Wasser- und
Stoff transport in den Leitbahnen intakter
Pflanzen zu beobachten. Solche Experimente
wurden erstmals auf der Tagung vorgestellt.
Kombiniert man NMR-Spektroskopie mit
NMR-Bildgebung, können weitere Informationen
aus Pflanzen gewonnen werden. So
kann man die Verteilung von Zuckern, freien
Aminosäuren und Lipiden im pflanzlichen
Gewebe beobachten und zeitliche Veränderungen
nachvollziehen. Weltweit führend
auf diesem Gebiet sindArbeitsgruppen
der Universität Würzburg, die im Graduiertenkolleg
"Magnetische Kernresonanz" in
den Fakultäten für Physik (Prof. Dr. Axel
Haase), Biologie (Prof. Dr. Ulrich Zimmermann)
und Chemie (Prof. Dr. Gerhard Bringmann)
zusammenarbeiten.
Von Interesse ist die NMR-Bildgebung
auch für die Lebensmitteltechnologie und -
verarbeitung. Sie kann bei der Qualitätskontrolle,
der Untersuchung von Transportprozessen
für Lebensmittel, der Dehydrierung
und zur Untersuchung der Langzeitstabilität
eingesetzt werden. Die NMR könnte in
der Lebensmitteltechnologie künftig eine
wichtige Rolle zur Optimierung von Verarbeitung,
Lagerung und Transport spielen.
4. NMR in der Materialforschung und
an porösen Materialien
Auch für nichtbiologische Fragestellungen
kommt die NMR in Frage. So wurde auf