Passen Quanten­physik und Medizin zusammen?

Prof. Dieter Suter ist seit 1995 Professor für Physik an der TU Dortmund. Foto: Nikolas Golsch/TU Dortmund

Passen Quanten­physik und Medizin zusammen?

Die Quanten­physik kann die medizi­nische Bildgebung verbessern – das ist das Ergebnis einer inter­na­tio­nalen Forschungs­ko­ope­ration, an der Physik­pro­fessor Dieter Suter von der TU Dortmund maßgeblich beteiligt ist. Jetzt erschien dazu eine wissen­schaft­liche Veröf­fent­li­chung in der Fachzeit­schrift Physical Review Applied.

Die Diagnose von Krank­heiten ist immer noch eine Heraus­for­derung für Medizi­ne­rinnen und Mediziner. Mit Hilfe techni­scher Geräte gelingt es, immer genauere Bilder vom Inneren des Menschen zu erhalten, ohne in den Körper eindringen zu müssen. Eine nicht­in­vasive Bildgebung nennen Fachleute dies.

Eine Frage­stellung für den Dortmunder Physik­pro­fessor Dieter Suter ist: Kann mit Hilfe der Quanten­physik die medizi­nische Diagnose noch weiter verbessert werden? Mit welcher Präzision kann die Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) kleine Struk­turen tief im mensch­lichen Körper vermessen? Das inter­na­tionale Team, das neben dem Dortmunder Physiker Suter auch noch Wissen­schaft­le­rinnen und Wissen­schaftler aus Israel und Argen­tinien umfasst, entwi­ckelte ein Messver­fahren, um die bestmög­liche Auflösung zu erhalten. Das Team konnte sogar zeigen, wie diese Grenze in einem klini­schen Scanner erreicht werden kann.

Dieser Fortschritt beim bildlichen Darstellen kleinster Körper­struk­turen basiert auf Quanten­tech­no­logien, die derzeit die Sensor­tech­no­logie voran­bringen und dabei auch enorme Auswir­kungen auf die klinische Medizin haben könnten. Wenn die MRT in der klini­schen Medizin einge­setzt wird, ist ihre Auflösung bei herkömm­lichen Bildge­bungs­mo­da­li­täten auf etwa einen Milli­meter begrenzt. Im Gegensatz dazu können mit den neuen Verfahren Struk­turen im Bereich weniger Mikro­meter aufgelöst – eine Verbes­serung um den Faktor 100. Dafür erfassen die Wissen­schaft­le­rinnen und Wissen­schaftler die Bewegung von Wasser­mo­le­külen, die in jedem Teil des mensch­lichen Körpers vorhanden sind und deren Bewegung durch MRT mit höchster Präzision gemessen werden kann.

»Die hohe Auflösung unserer Technik ist relevant für den Nachweis von Biomarkern und Patho­logien, die für eine Vielzahl von Krank­heiten von Interesse sind«, sagt Prof. Suter. Es könnte somit ein Beispiel für eine Reihe zukünf­tiger Techno­logien sein, die auf Quanten­in­for­mation basieren und neben der Präzi­si­ons­me­dizin viele weitere Anwen­dungs­be­reiche durch­dringen könnten.

Die aktuelle Veröf­fent­li­chung hat eine lange Vorge­schichte und ist das Ergebnis einer engen inter­na­tio­nalen Zusam­men­arbeit. Prof. Suters Doktor­vater war Prof. Richard Robert Ernst, der 1991 den Nobel­preis für Chemie erhielt – für seine bahnbre­chenden Beiträge zur Entwicklung der hochauf­lö­senden magne­ti­schen Kernre­sonanz-Spektro­skopie. Ernst gilt als einer der »Väter« der MRT. Prof. Suter forschte auf diesem Gebiet weiter. Ein Postdoc von ihm – Gonzalo Alvarez – widmete sich ebenfalls diesem Thema. Gemeinsam mit seiner Frau Analia Zwick führte ihn sein Weg zunächst zum Weizmann Institute of Science in Rehovot (Israel). Anschließend übernahmen sie Profes­suren in Bariloche (Argen­tinien). Den Kontakt zu Prof. Suter hielten die Wissen­schaft­le­rinnen und Wissen­schaftler immer aufrecht. Gemeinsam forschen sie an dieser Techno­logie weiter. Das mündete jetzt in dieser jüngsten Veröffentlichung.

Textquelle: Martin Rothenberg, Technische Univer­sität Dortmund

Bildquelle: Prof. Dieter Suter ist seit 1995 Professor für Physik an der TU Dortmund. Foto: Nikolas Golsch/TU Dortmund