Sauerstoff-Isotop macht Tumorzellen sichtbar: Neue Diagnosemöglichkeit für Gehirnkrebs

Selbst kleine Tumore im Gehirn lassen sich mit einer neuen Technik zuverlässig darstelle, die Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg entwickelt worden ist. Als bildgebendes Gerät fungiert ein Magnetresonanztomograph (MRT). Die Patienten atmen, bevor sie in die Röhre geschoben werden, da Sauerstoffisotop ¹⁷O₂ ein, das nicht radioaktiv ist und vom Körper gut vertragen wird. Überall, wo in den Körpergeweben Sauerstoff verbraucht wird, geht das Isotop eine Verbindung mit Wasserstoff ein. Dadurch wird es im Magnetfeld des MRT nachweisbar. Gewebe, das viel Sauerstoff umsetzt, erscheint daher im Bild hell.

Tumorzellen mögen keinen Sauerstoff

Tumorzellen bilden verstärkt Milchsäure. Diesen anaeroben, also ohne Sauerstoff auskommenden, Stoffwechsel hat der deutsche Arzt und Biochemiker Otto Heinrich Warburg bereits in den 1920er Jahren beobachtet. Gesundes Gewebe im Gehirn ist jedoch auf Sauerstoff angewiesen. Es entstehen Wasserstoffatome, die im MRT tanzen, wenn sie von Radiowellen angeregt werden, die stoßweise auftreten. Wenn sie abgeschaltet werden kehren die Wasserstoffatome in ihre Ausgangslage zurück. Dabei senden sie Signale aus, die von Detektoren aufgefangen werden. Daraus errechnet der Computer ein Bild.

Tumoren erscheinen als dunkle Flecken

Die DKFZ-Wissenschaftler um den Arzt und Physiker Daniel Paech und seinen Kollegen Sebastian Niesporek haben das Prinzip zunächst mit drei gesunden Probanden durchgespielt. Wie erwartet ließen deren Gehirne einen normalen Sauerstoffumsatz erkennen. Dann untersuchten die Forscher zehn Probanden, bei denen ein Gehirntumor diagnostiziert worden war, mit der neuen Technik. „Das Ergebnis war wirklich eindrücklich: Die Tumoren erschienen im Bild als dunkle Flecken, weil hier kein Stoffwechsel mit Sauerstoff stattfand“, so Paech. Eine vergleichbare Technologie existiert derzeit nur für die Positronen-Emissions-Tomographie, aber nur mit der radioaktiven Sauerstoffvariante ¹⁵O₂ benötigt wird.

Herstellung des Isotops ist langwierig und teuer

Routinemäßig einsetzbar ist die Methode dennoch nicht.¹⁷O₂ ist sehr teuer, weil die Anreicherung sehr aufwändig ist. Paech geht jedoch davon aus, dass die Produktionskosten sinken, wenn das Molekül in größerem Maßstab hergestellt wird. Das Isotop im Sauerstoff der Luft in winzigen Mengen enthalten. Um es aufzukonzentrieren wendet die NUKEM Isotopes GmbH in Alzenau ein Verfahren namens „Low-Temperature Rectification“ an. Dabei wird in hohe Edelstahlröhren, in denen sich winzige Edelstahlspiralen befinden, flüssiges Stickstoffoxid gefüllt. Bestimmte Reaktionen sorgen dafür, dass sich die schwereren Moleküle am Boden absetzen und dort abgezapft werden können. Zuletzt werden Stickstoff und Sauerstoff getrennt. Der Prozess dauert stolze 18 Monate, kein Wunder, dass das Gas sehr teuer ist.

via dkfz