A) MRT-Aufnahme der kurzen Herzachse (wassergewichtet). Die roten Pfeile verweisen auf Wassereinlagerungen (Ödeme) aufgrund einer Entzündung. B) PET-Aufnahme mit vermehrter 68Ga-DOTA-TOC-Marker-Aktivität (rote Pfeile), die auf Entzündungen hinweisen. C) Überlagerungsbild D) Rückgang der Entzündung in einer Lunge nach Cortison-Therapie (rote Pfeile; Insert: ursprünglicher Lungenbefall) E) und F) Die Entzündung im Herz ist ebenso zurückgegangen.

Herzen im Blick

Ausgabe 32 | Januar 2018 | „Physikalische Verfahren helfen, sich immer genauere Bilder vom Inneren des menschlichen Körpers zu machen. Das ist zentral für die Erstellung exakter Diagnosen, um Patienten anschließend zielgenau therapieren zu können.“ - Rolf Heuer, Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft

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  • Physikalische Bildgebungsverfahren wie Ultraschall, Computer-
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     oder Kernspintomographie sind wichtige Instrumente der Medizin.
  • Das gilt insbesondere bei Untersuchungen des Herzens.
  • Neue Verfahren erlauben es sogar, Entzündungen auf zellulärer oder molekularer Ebene zu erkennen.

Untersuchungen des Herzens mittels physikalischer Verfahren wie Ultraschall, Computer- oder Magnetresonanztomographie (CT/MRT) gehören mittlerweile zum Standardrepertoire der Kardiologie. Mit diesen Verfahren lassen sich die Durchblutung des Herzmuskels sowie die Feinstruktur des Gewebes präzise messen, beispielsweise ob schlecht pumpendes Herzgewebe noch Muskel ist oder bereits krankhaftes Bindegewebe respektive eine Narbe. Anhand der Bilder entscheidet der Mediziner dann, welche Therapie sinnvoll ist.

Mittlerweile versuchen Kliniker mit Hilfe der Physik, Krankheiten sogar auf zellulärer oder molekularer Ebene zu beobachten. Das gilt insbesondere für Entzündungsprozesse, z. B. nach einem Herzinfarkt. Sie können den Herzmuskel schwächen, was sich als Herzinsuffizienz äußert. Für die Entwicklung neuer Therapien ist die Kenntnis der Entzündungsaktivität daher von immenser Bedeutung. Leider sind die Zielstrukturen – speziell die Zellen oder Moleküle – zu klein, um sie mit den üblichen Verfahren direkt zu „sehen“. Um Entzündungen auslösende Makrophagen (=Fresszellen) im lebenden Organismus nachzuweisen, nutzt man deswegen aus, dass sie sich oft Substanzen einverleiben oder spezielle Moleküle auf der Oberfläche tragen

So bindet das radioaktive Molekül 68GaDOTA-TOC beispielsweise an Oberflächenmoleküle (Somatostatin Rezeptor 2), die auf Entzündungszellen, nicht aber auf Muskelzellen vorkommen. Mittels Positronenemissionstomographen (PET) lassen sich dadurch Entzündungen und deren Verlauf im Herzen nachweisen (Abb. 1).

Die 19F-MRT-Bildgebung basiert dagegen auf fluorhaltigen Kohlenstoffverbindungen. Diese spezielle Methode der Kernspinresonanz lässt sich mit einem „normalen“ MRT kombinieren, so dass man die Entzündungszellen direkt und ohne störende Hintergrundsignale erkennt (Abb. 2). Im Labor konnte damit bereits gezeigt werden, dass bei besonders schweren Schädigungen der mikroskopisch kleinen Gefäße im Rahmen eines Herzinfarkts zu wenig reparierende Entzündungszellen vorhanden sind, was mit einer Verschlechterung der Herzleistung einhergeht. Derzeit sind die 19F-Kohlenstoffverbindungen für Menschen aber noch nicht zugelassen.

Weltweit arbeiten Forscherinnen und Forscher aus der Physik und Medizin zusammen, um diese Verfahren weiter zu verbessern. Künftig wollen sie auch den Einfluss der Entzündungsdynamik auf die Heilung und die Entwicklung der Herzleistung untersuchen. Alles zum Wohle der Patientinnen und Patienten.

 

Die Deutsche Physikalische Gesellschaft dankt der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik sowie Wolfgang Bauer vom Universitätsklinikum Würzburg für die wissenschaftliche Beratung.