Entwicklung neuer Verfahren zur detailgetreuen Sichtbarmachung der Vorgänge in der atmenden Lunge
25.01.2006
Drei Jahre intensive Forschung haben sich gelohnt und werden mit einer Fortführung der Förderung für weitere drei Jahre belohnt: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die zweite Förderphase der Forschergruppe "Bildgestützte zeitliche und regionale Analyse der Ventilations-Perfusionsverhältnisse in der Lunge" bewilligt. Die Forschergruppe entwickelt neue Verfahren, um Vorgänge in der atmenden Lunge detailgetreu sichtbar zu machen und dadurch die Diagnose und Behandlung von Patienten mit Lungenerkrankungen zu verbessern. Sprecher der Gruppe ist Prof. Dr. Christoph Düber, Direktor der Klinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie am Universitätsklinikum der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). Stellvertretende Sprecher sind Prof. Dr. Werner Heil vom Institut für Physik der JGU und Prof. Dr. Hans-Ulrich Kauczor vom Deutschen Krebsforschungszentrum Heidelberg.
Über die Lunge wird der menschliche Körper mit dem lebensnotwendigen Sauerstoff versorgt, hier erfolgt der Gasaustausch zwischen Blut und Atemluft. Bei vielen Lungenerkrankungen sind jedoch die Verteilung der Atemluft und die Durchblutung der Lunge nicht richtig aufeinander abgestimmt, weshalb zu wenig Sauerstoff aufgenommen wird. Diese Verhältnisse mit bildgebenden Verfahren möglichst genau darzustellen ist wichtig, damit Störungen beim Gasaustausch erkannt und analysiert werden können. Ziel der Mainzer Forschergruppe ist es daher, geeignete Verfahren zu entwickeln und als klinische Routineverfahren zu etablieren.
Dabei arbeiten Mediziner und Naturwissenschaftler aus mehreren Kliniken und Instituten der Johannes Gutenberg-Universität Mainz eng mit Kollegen des Mainzer Max-Planck-Instituts für Polymerforschung und des Deutschen Krebsforschungszentrums in Heidelberg zusammen. Aus den letzten drei Jahren haben die Wissenschaftler sowohl in der Methodenentwicklung als auch in der Therapie einiges vorzuweisen. Zum Beispiel wurden in der Magnetresonanztomografie Untersuchungen entwickelt, bei denen Patienten eine spezielle Variante des Edelgases Helium als Kontrastmittel einatmen. Während herkömmliche Verfahren, wie eine Röntgenuntersuchung, nur das Lungengewebe abbilden, kann mit Helium erstmals mit hoher zeitlicher Auflösung die Verteilung des Atemgases in der Lunge beobachtet werden. Auf dem Bildschirm wird sichtbar, wie das Gas durch die Luftröhre in die Lunge und dort bis in die kleinsten Verästelungen der Bronchien strömt. Während der ersten DFG-Förderperiode ist es gelungen, das Helium derart zu polarisieren, dass besonders scharfe und detailgetreue Bilder der atmenden Lunge aufgenommen werden können. Es ist dadurch sogar möglich, die mikroskopisch kleinen Lungenbläschen zu untersuchen.
Weiterhin wurden zusammen mit Kliniken aus Kopenhagen und Sheffield 122 Patienten in einer großen klinischen Studie untersucht, die sich mit dem neuartigen Verfahren beschäftigt. Hierdurch konnten neue Erkenntnisse über die Verschlechterung der Lungenbelüftung bei verschiedenen Erkrankungen gewonnen werden. Sie könnten in naher Zukunft Einfluss auf therapeutische Entscheidungen haben.
Daneben arbeitet die Forschergruppe auch an weiteren bildgebenden Verfahren, etwa der Positronen-Emissions- oder der Computertomografie. Ein Ziel ist die Verbesserung der Beatmungstherapie, etwa auf Intensivstationen bei akutem Lungenversagen. In einem solchen Fall muss der Patient künstlich beatmet werden. Mit der sogenannten dynamischen Computertomografie können die Mediziner jetzt die zyklische Verteilung von dauerhaft und zeitweise beatmetem und nicht beatmetem Lungengewebe während des Atemzyklus beurteilen. So können sie den Erfolg einer Änderung bei der Beatmung direkt am Bildschirm als Vergrößerung des dauerhaft beatmeten Anteils erkennen.
Auch für die zweite Förderperiode hat sich die Forschergruppe einiges vorgenommen. So sollen die neu entwickelten bildgebenden Verfahren weiter in der klinischen Routine etabliert werden. Dazu arbeiten die Wissenschaftler daran, die Messverfahren und den technischen Aufwand durch den Einsatz anderer Gase als Helium zu vereinfachen. Ergebnisse aus unterschiedlichsten Untersuchungen sollen zu einem Gesamtbild zusammengeführt werden, das möglichst genau das Verhältnis von verteilter Atemluft und Durchblutung in der Lunge wiedergibt. Solche Informationen werden etwa eine wichtige Rolle bei der Verlaufskontrolle einer Lungentransplantation spielen. Aber auch für die Diagnose und Behandlung vieler anderer Lungenkrankheiten wie chronischer Bronchitis, Emphysem, Asthma und Lungenembolie sind sie von großer Bedeutung.
Eine Forschergruppe der DFG ist ein mittelfristiger Zusammenschluss von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die gemeinsam an einer besonderen Aufgabe arbeiten. Spezielle Förderung soll helfen, für eine meist auf sechs Jahre angelegte, enge Zusammenarbeit die notwendige personelle und materielle Ausstattung bereitzustellen. Forschergruppen tragen häufig dazu bei, neue Arbeitsrichtungen zu etablieren.