Molekulare Bildgebung und Therapie von Tumoren mit Nanobodies

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der molekularen Bildgebung und Therapie von Tumoren unter Einsatz von rekombinanten Nanobody-Konstrukten.

Nanobodies sind rekombinante Antikörper-Fragmente mit hohem diagnostischem und therapeutischem Potential. Nanobodies werden aus den Schwereketten-Antikörpern gewonnen, die natürlicherweise von Lamas und anderen Kameliden produziert werden. Aufgrund ihrer geringen Größe von ~15 kDa zeigen Nanobodies eine rasche Gewebepenetration und eine effiziente Markierung spezifischer Zielantigene in vivo.

In Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Friedrich Koch-Nolte aus dem Institut für Immunologie haben wir CD38-spezifische Nanobodies aus immunisierten Lamas isoliert. Aufgrund fehlender Effektordomänen eignen sich Nanobodies allein jedoch nicht für die Tumortherapie. Daher haben wir die Nanobodies genetisch mit dem Fc-Anteil von humanem IgG1 zu Schwereketten-Antikörpern fusioniert.

Diese CD38-spezifischen Nanobodies und Schwerekettenantikörper setzen wir in präklinischen Modellen für die Bildgebung und Therapie des Multiplen Myeloms ein. Darüber hinaus haben wir aus den CD38-spezifischen Nanobodies auch so genannte chimäre Antigenrezeptoren (CARs) entwickelt, bei denen der Nanobody als bindende Domäne dient und welche sich ebenfalls für die Therapie des Multiplen Myeloms einsetzen lassen.

Das Ziel unserer wissenschaftlichen Untersuchungen ist die Weiterentwicklung der Nanobodies für die verbesserte Diagnostik und Therapie des Multiplen Myeloms sowie anderer Tumorerkrankungen.

Bildgebung bei Multiplem Myelom mit Nanobodies

Therapie bei Multiplem Myelom mit Nb-basierten Konstrukten

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• 1. Schematische Darstellung der Bildgebung des Multiplen Myeloms mittels Fluorophor- und radioaktiv-markierten Nanobodies.
• 2. Schematische Darstellung der Therapie des Multiplen Myeloms mittels Nanobody-basierten Schwerekettenantikörpern und chimären Antigenrezeptoren (CARs).

Prof. Dr. Friedrich Koch-Nolte, Institut für Immunologie

Prof. Dr. Nicolaus Kröger, Interdisziplinäre Klinik und Poliklinik für Stammzelltransplantation

PD Dr. Gunter Schuch, Hämatologisch-Onkologischen Praxis Altona (HOPA)

Prof. Dr. Katja Weisel, II. Medizinische Klinik und Poliklinik (Onkologie, Hämatologie, Knochenmarktransplantation, Pneumologie)

Hambach J, Mann AM, Bannas P, Koch-Nolte F. Targeting multiple myeloma with nanobody-based heavy chain antibodies, bispecific killer cell engagers, chimeric antigen receptors, and nanobody-displaying AAV vectors. Front Immunol. 2022 Nov 2;13:1005800. doi: 10.3389/fimmu.2022.1005800

Pape LJ, Hambach J, Gebhardt AJ, Rissiek B, Stähler T, Tode N, Khan C, Weisel K, Adam G, Koch-Nolte F, Bannas P. CD38-specific nanobodies allow in vivo imaging of multiple myeloma under daratumumab therapy. Front Immunol. 2022 Oct 27;13:1010270. doi: 10.3389/fimmu.2022.1010270.

Hambach J, Fumey W, Stähler T, Gebhardt AJ, Adam G, Weisel K, Koch-Nolte F, Bannas P. Half-Life Extended Nanobody-Based CD38-Specific Bispecific Killercell Engagers Induce Killing of Multiple Myeloma Cells. Front Immunol. 2022 May 16;13:838406. doi: 10.3389/fimmu.2022.838406.

Schriewer L, Schütze K, Petry K, Hambach J, Fumey W, Koenigsdorf J, Baum N, Menzel S, Rissiek B, Riecken K, Fehse B, Röckendorf JL, Schmid J, Albrecht B, Pinnschmidt H, Ayuk F, Kröger N, Binder M, Schuch G, Hansen T, Haag F, Adam G, Koch-Nolte F, Bannas P. Nanobody-based CD38-specific heavy chain antibodies induce killing of multiple myeloma and other hematological malignancies. Theranostics. 2020 Feb 3;10(6):2645-2658. doi: 10.7150/thno.38533.

Hambach J, Riecken K, Cichutek S, Schütze K, Albrecht B, Petry K, Röckendorf JL, Baum N, Kröger N, Hansen T, Schuch G, Haag F, Adam G, Fehse B, Bannas P, Koch-Nolte F. Targeting CD38-Expressing Multiple Myeloma and Burkitt Lymphoma Cells In Vitro with Nanobody-Based Chimeric Antigen Receptors (Nb-CARs). Cells. 2020 Jan 29;9(2):321. doi: 10.3390/cells9020321.

Schütze K, Petry K, Hambach J, Schuster N, Fumey W, Schriewer L, Röckendorf J, Menzel S, Albrecht B, Haag F, Stortelers C, Bannas P, Koch-Nolte F. CD38-Specific Biparatopic Heavy Chain Antibodies Display Potent Complement-Dependent Cytotoxicity Against Multiple Myeloma Cells. Front Immunol. 2018 Nov 19;9:2553. doi: 10.3389/fimmu.2018.02553.

Bannas P, Koch-Nolte F. Perspectives for the Development of CD38-Specific Heavy Chain Antibodies as Therapeutics for Multiple Myeloma. Front Immunol. 2018 Nov 6;9:2559. doi: 10.3389/fimmu.2018.02559.

Bannas P, Hambach J, Koch-Nolte F. Nanobodies and Nanobody-Based Human Heavy Chain Antibodies As Antitumor Therapeutics. Front Immunol. 2017 Nov 22;8:1603. doi: 10.3389/fimmu.2017.01603.

Bitte kontaktieren Sie uns, wenn Sie Interesse an einer Dissertation in unserer Arbeitsgruppe haben.

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Untersuchung von physiologischen und pathologischen Blutflüssen mittels vierdimensionaler Fluss Magnetresonanztomographie (4D Fluss MRT).

Die 4D Fluss MRT ist eine kürzlich entwickelte MRT-Technik, welche die kontrastmittelfreie Visualisierung und Quantifizierung von Blutflüssen in den Gefäßen ermöglicht. Die Technik basiert auf der Phasenkontrast-Bildgebung, einer MRT-Technik, die die gleichzeitige Co-Registrierung von morphologischen Bild- und Geschwindigkeitsdaten ermöglicht. Die 4D Fluss MRT erlaubt nicht nur die Quantifizierung von Blutflüssen, sondern auch die Darstellung komplexer pathologischer Veränderungen der Hämodynamik, wie Vortices und Helices. Darüber hinaus kann die Exzentrizität des Blutflusses dargestellt werden. Außerdem kann aus der 4D Fluss MRT die Wandschubspannung als Maß für die auf die Aortenwand einwirkenden Kräfte abgeleitet werden.

Zu den Krankheitsspektren, die wir mit der 4D Fluss MRT untersuchen, gehören aortale Erkrankungen wie das Marfan Syndrom, die bikuspide Aortenklappenerkrankung sowie das abdominelle Aortenaneurysma. Darüber hinaus untersuchen wir den portalen Blutfluss bei Patienten mit portalem Hypertonus und vor bzw. nach Pfortaderembolisation.

Das Ziel unserer wissenschaftlichen Untersuchungen ist die Etablierung der 4D Fluss MRT als Imaging Biomarker zur verbesserten Diagnostik unterschiedlicher angeborener und erworbener kardiovaskulärer Erkrankungen.

4D Fluss MRT der Aorta
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4D Fluss MRT eines TIPS
(Klick zum Abspielen)

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• 1. 4D Fluss MRT bei einem Patienten mit bikuspider Aortenklappenerkrankung und konsekutiv dilatierter Aorta mit pathologischem exzentrischen und helikalen Flussprofil.

• 2. 4D Fluss MRT bei einer Patientin mit portalem Hypertonus nach Anlage eines transjugulären intrahepatischen portosystemischen Shunts (TIPS).

Prof. Dr. med. Yskert von Kodolitsch, Klinik und Poliklinik für Kardiologie

Dr. med. Johannes Petersen, Klinik und Poliklinik für Herz- und Gefäßchirurgie

Prof. Dr. med. Evaldas Girdauskas, UK Augsburg, Klinik für Herz- und Thoraxchirurgie

PD Dr. med. Johannes Kluwe, I. Medizinische Klinik und Poliklinik

Dr. med. Asmus Heumann, Klinik und Poliklinik für Allgemein-, Viszeral- und Thoraxchirurgie

PD Dr. med. Björn Schönnagel, Klinik und Poliklinik für Radiologie und Nuklearmedizin

Prof. Dr. med. Tilo Kölbel, Klinik und Poliklinik für Gefäßmedizin

Riedel C, Ristow I, Lenz A, Schoennagel BP, Hoffmann M, Piecha F, Adam G, Reeder SB, Bannas P. Validation of 4D flow cardiovascular magnetic resonance in TIPS stent grafts using a 3D-printed flow phantom. J Cardiovasc Magn Reson. 2023 Feb 13;25(1):9. doi: 10.1186/s12968-023-00920-5.

Knapp J, Tavares de Sousa M, Lenz A, Herrmann J, Zhang S, Kording F, Hergert B, Adam G, Bannas P, Schoennagel BP. Fetal 4D flow MRI of the great thoracic vessels at 3 Tesla using Doppler-ultrasound gating: a feasibility study. Eur Radiol. 2022 Oct 22. doi: 10.1007/s00330-022-09167-7.

Petersen J, Lenz A, Adam G, Reichenspurner H, Bannas P, Girdauskas E. Changes in transvalvular flow patterns after aortic valve repair: comparison of symmetric versus asymmetric aortic valve geometry. Eur J Cardiothorac Surg. 2020 Dec 7:ezaa445. doi: 10.1093/ejcts/ezaa445.

Riedel C, Lenz A, Fischer L, Li J, Piecha F, Kluwe J, Adam G, Bannas P. Abdominal Applications of 4D Flow MRI. Rofo. 2020 Dec 2. English. doi: 10.1055/a-1271-7405.

Lenz A, Petersen J, Riedel C, Weinrich JM, Kooijman H, Schoennagel BP, Adam G, von Kodolitsch Y, Reichenspurner H, Girdauskas E, Bannas P. 4D flow cardiovascular magnetic resonance for monitoring of aortic valve repair in bicuspid aortic valve disease. J Cardiovasc Magn Reson. 2020 Apr 30;22(1):29. doi: 10.1186/s12968-020-00608-0.

Weinrich JM, Lenz A, Girdauskas E, Adam G, von Kodolitsch Y, Bannas P. Current and Emerging Imaging Techniques in Patients with Genetic Aortic Syndromes. Rofo. 2020 Jan;192(1):50-58. English, German. doi: 10.1055/a-0914-3321.

Im Zuge der zunehmenden und verbesserten Diagnostik erfährt die Inzidenz des Prostatakarzinoms in Deutschland wie auch weltweit eine rasante Zunahme. Bei Männern, die in einem Alter von mehr als 79 Jahren aus anderer Ursache verstorben waren, konnten neuere Studien in 59 % aller Fälle in der Autopsie ein inzidentelles Prostatakarzinom nachweisen, also ein Krebs, der sich nicht auf die Lebenserwartung des Mannes ausgewirkt hat. Insbesondere die gegenwertige bildgebende Diagnostik steht somit vor der wichtigen Herausforderung zwischen jenen Karzinomen zu unterscheiden, die aufgrund ihrer Aggressivität eine frühzeitige Therapie benötigen und solchen von denen Man(n) niemals hätte wissen müssen. Die Arbeitsgruppe urogenitale Diagnostik erforscht daher Methoden, um insbesondere mithilfe der sog. multiparametrischen Magnetresonanztomographie die vermuteten, oder bereits nachgewiesenen Tumore möglichst exakt charakterisieren zu können.

Tumornachweis mit der multiparametrischen Prostata MRT

Die multiparametrische MRT ermöglicht den nicht invasiven Nachweis und die Charaktierisierung von Prostatakarzinomen. Die multiparametrische MRT besteht aus multiplanaren T2-w Serien, einer Diffusionsbildgebung und einer dynamischen Kontrastmittelserie. Die Auswertung der MRTs erfolgt nach PI-RADS Kriterien, aktuell anhand der Version 2.1. Im Rahmen von Studien wird der Wert der einzelnen Parameter für den Tumornachweis geprüft. Als Goldstandard dienen hierfür die Histologie von gezielten Biopsien (TRUS Fusionsbiopsien) und die OP-Histologie nach radikaler Prostatektomie.

Prognosekriterien einer präoperativen multiparametrischen Prostata MRT

Für das lokale Staging ist die multiparametrische Prostata MRT der Goldstandard in der präoperativen Diagnostik. Die Ergebnisse der präoperativen MRT mit der neuesten Gerätetechnik werden denen der postoperativ vorliegenden Pathologie gegenübergestellt. In Studien wurde so die Treffsicherheit für den Nachweis einer Kapselüberschreitung geprüft. Außerdem wurden morphologische Kriterien im MRT untersucht und mit der postoperativen Harnkontinenz korreliert.

Verlaufskontrollen bei Active Surveillance Konzept bei Niedrigrisikotumoren

Die aktive Überwachung ist ein zunehmend anerkanntes Konzept bei niedrig Risiko Prostatakarzinomen. Im Rahmen von Studien liegen feste Einschlußkriterien für dieses Behandlungskonzept vor. Sie orientieren sich am PSA-Wert, an der Anzahl der Biopsien mit Tumornachweis und am Tumoranteil in der Stanzbiopsie. Die multiparametrische Prostata MRT ist ein wichtiges Instrument zum Nachweis dieser Tumore und zur Verlaufskontrolle sowie zur Vorbereitung gezielter Biopsien. Im Rahmen von Studien soll die Abgrenzbarkeit dieser Tumore vom gesunden Prostatagewebe einerseits und die Differenzierung gegenüber schlecht differenzierten Hochrisiko-Tumoren andererseits untersucht werden.

MRT der Prostata
Tumorsuspekte Läsionen rechts

MRT der Prostata
Vermessung von Länge und Winkel der intraprostatischen Harnröhre

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• 1. Multiparametrische MRT bei 3 Tesla Feldstärke. Zwei tumorsuspekte Läsionen rechts mit Signalminderung im T2-gewichteten Bild (A), Diffusionsrestriktion mit Signalanhebung in der DWI b-2000 (B) sowie vermehrter Kontrastmittelperfusion (C) und einer Parameterkarte (Kep) (D).
• 2. Multiparametrisches MRT bei 3 Tesla Feldstärke. Die Vermessung von Länge und Winkel (MUL, MUA) der intraprostatischen Harnröhre erlaubt Rückschlüsse auf das Risiko für eine mögliche Inkontinenz nach Entfernung der Prostata
  

Moritz Müller (Doktorand)

Martini-Klinik am UKE, Prostatakrebszentrum

Prof. Dr. Lars Budäus, Prof. Dr. Georg Salomon, Frau Dr. Sophie Knipper

Franiel T, Asbach P, Beyersdorff D, Blondin D, Kaufmann S, Mueller-Lisse UG, Quentin M, Rödel S, Röthke M, Schlemmer HP, Schimmöller L; Vorstand der Deutschen Röntgengesellschaft e. V. (DRG); Vorstand des Berufsverbandes der Deutschen Radiologen (BDR). mpMRI of the Prostate (MR-Prostatography): Updated Recommendations of the DRG and BDR on Patient Preparation and Scanning Protocol. Röfo. 2021 Mar 18. English, German. doi: 10.1055/a-1406-8477.

Leyh-Bannurah SR, Kachanov M, Karakiewicz PI, Beyersdorff D, Pompe RS, Oh-Hohenhorst SJ, Fisch M, Maurer T, Graefen M, Budäus L. Combined systematic versus stand-alone multiparametric MRI-guided targeted fusion biopsy: nomogram prediction of non-organ-confined prostate cancer. World J Urol. 2021 Jan;39(1):81-88. doi: 10.1007/s00345-020-03176-1.

Sauer M, Tennstedt P, Berliner C, Well L, Huland H, Budäus L, Adam G, Beyersdorff D. Predictors of short and long term urinary incontinence after radical prostatectomy in prostate MRI: Significance and reliability of standardized measurements. Eur J Radiol. 2019 Nov;120:108668. doi: 10.1016/j.ejrad.2019.108668.

Leyh-Bannurah SR, Kachanov M, Beyersdorff D, Tian Z, Karakiewicz PI, Tilki D, Fisch M, Maurer T, Graefen M, Budäus L. Minimum Magnetic Resonance Imaging- Ultrasound Fusion Targeted Biopsy Cores Needed for Prostate Cancer Detection: Multivariable Retrospective, Lesion Based Analyses of Patients Treated with Radical Prostatectomy. J Urol. 2020 Feb;203(2):299-303. doi: 10.1097/JU.0000000000000527.

Leyh-Bannurah SR, Kachanov M, Beyersdorff D, Preisser F, Tilki D, Fisch M, Graefen M, Budäus L. Anterior Localization of Prostate Cancer Suspicious Lesions in 1,161 Patients Undergoing Magnetic Resonance Imaging/Ultrasound Fusion Guided Targeted Biopsies. J Urol. 2018 Nov;200(5):1035-1040. doi: 10.1016/j.juro.2018.06.026.

Sauer M, Weinrich JM, Fraune C, Salomon G, Tennstedt P, Adam G, Beyersdorff D. Accuracy of multiparametric MR imaging with PI-RADS V2 assessment in detecting infiltration of the neurovascular bundles prior to prostatectomy. Eur J Radiol. 2018 Jan;98:187-192. doi: 10.1016/j.ejrad.2017.11.019.

Bitte kontaktieren Sie die AG-Mitglieder, falls Sie Interesse an einer Dissertation in unserer Arbeitsgruppe haben.

Untersuchung des „Patellofemoralen Maltrackings“ mithilfe der kinematischen-MRT

Die Entwicklung eines MRT-kompatiblen Device zur Lagerung und aktiven Bewegung des Kniegelenks während der MRT ermöglicht eine präzise Beurteilung des Bewegungsablaufs im Kniegelenk. Hierzu werden Bilddaten während der Flexion-Extensions-Bewegung in hoher zeitlicher Auflösung akquiriert. In eigens publizierten Machbarkeitsstudien konnte der klinische Nutzen der kinematischen MRT-Bildgebung zur Evaluation des patellofemoralen Maltrackings demonstriert werden. Im Rahmen zukünftiger Studien soll die Messmethodik zur Quantifizierung des patellofemoralen Maltrackings im MRT weiter standardisiert und ihr Nutzen für die Therapiekontrolle nach chirurgischen Korrektur-OPs evaluiert werden.

Knorpeldiagnostik mittels multiparametrischer quantitativer MRT

In den letzten Jahren sind verschiedene quantitative MR-Untersuchungstechniken im Knorpelgewebe untersucht worden. Die T2/T2*- und T1rho- Relaxationszeiten werden als potentielle Biomarker aufgefasst, um Rückschlüsse auf die biochemische, makromolekulare Struktur des Gelenkknorpels zu ziehen. Ein Hauptziel dieser Techniken ist es, initiale Knorpelschäden anhand veränderter Relaxationszeiten im Knorpel nachzuweisen, bevor morphologische Veränderungen im MRT sichtbar sind. Im Rahmen bisheriger Studien konnten wir den Nutzen der quantitativen MRT- Untersuchung aufzeigen, um potentielle Frühschäden im Knorpel des Kniegelenks bei Profisportler*innen nachzuweisen und um den Einfluss von Risikofaktoren auf die Entwicklung von Knorpelschäden im retropatellaren Gelenkknorpel zu evaluieren. Im Rahmen aktueller prospektiver Studien wird die quantitative MR-Bildgebung zur Analyse des retropatellaren Gelenkknorpels bei der Erkrankung der patellofemoralen Instabilität untersucht. Ferner wird der Nutzen dieser Messtechnik bei der Früherkennung von Degenerationen im Knorpelgewebe des Meniskus bei verschiedenen Sportlerkollektiven erprobt.

Stellenwert der MRT-Diagnostik im Profisport

Die MRT gilt heute in der Sportmedizin als die Bildgebung der Wahl, um Gelenkverletzungen nachzuweisen. Dank ihrer hohen örtlichen Auflösung und ihres sehr guten Weichteilkontrasts können Verletzungsmuster mit hoher Detailerkennung erfasst werden. Neben den Hauptverletzungen können so Begleitverletzungen detektiert werden, die Einfluss auf den Verletzungsgrad und die Ausfallzeit der Sportler*innen haben („return to play“). In einer aktuellen Studie wird die Häufigkeit und der Schweregrad von Begleitverletzungen im Rahmen von vorderen Kreuzbandrupturen erfasst und ihr Einfluss auf die Therapie und Prognose der Verletzungen untersucht. Der Fokus liegt hierbei insbesondere auf den Strukturen des medialen und posteromedialen Bandapparats, da dieser maßgeblich zur Stabilität des Kniegelenks beiträgt. In einer weiteren aktuellen Studie wird der Einsatz der semiquantitativen MRT des Kniegelenks bei Profisportler*innen untersucht. Ziel ist die Etablierung eines Systems zur objektiven Beurteilung der Beschaffenheit der Kniegelenke. In Kooperation mit dem Athletikum soll eine systematische Aufarbeitung erfolgen und die Prävalenz von pathologischen und degenerativen Veränderungen der Kniegelenke von Profisportler*innen erfasst werden. Im zweiten Schritt wird die semiquantitative MRT mit den Leistungsdaten der Sportler*innen verglichen, mit dem Ziel herauszufinden, ob ein messbarer Zusammenhang zwischen der Vorschädigung des Kniegelenks und der Anzahl der Tage, an denen die Spieler*innen nicht am Training oder Spielen teilnehmen können, besteht.

MRT des Kniegelenks
Quantifizierung der lateralen Patellatranslation

MRT des Kniegelenks
Color map

MRT des Kniegelenks
Color map: Sagittale quantitative T1rho-Sequenz

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• 1. Quantifizierung der lateralen Patellatranslation mithilfe Axiale CINE-Sequenz bei einem Normalprobanden (a) und Patienten mit Maltracking (b): Abstand (rote Linie) zwischen einer Tangente durch den trochlearen Sulcus (TL) in 90° zur posterioren Kondylenhinterkante (PCL) sowie der ebenfalls in 90° befindlichen Tangente durch das isometrische Patellazentrum (gestrichelte Linie).
• 2. Color map: Sagittale Quantitative T2*-Sequenz der medialen patellaren Gelenkfacette bei einem Normalproband (a) und einem professionellen Fussballspieler (b), zur Bestimmung der spezifischen T2*-Relaxationszeiten im retropatellaren Knorpelgewebe.
• 3. Color map: Sagittale quantitative T1rho-Sequenz des medialen Meniskus Vorder- und Hinterhorns bei einer professionellen Volleyballerin (A) und einer Normalprobandin (B) zur Bestimmung der spezifischen meniskalen T1rho-Relaxationszeiten.

Prof. Dr. med. Karl-Heinz Frosch, Klinik und Poliklinik Unfallchirurgie und Orthopädie
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Prof. Dr. med. Götz Hannes Welsch, UKE Athletikum, Kompetenzzentrum für Sport- und Bewegungsmedizin

Frings J, Dust T, Meyer J, Krause M, Frosch KH, Adam G, Henes FO, Spink C, Maas KJ. The Influence of Surgical Realignment Procedures on Dynamic Patellar Tracking: A Dynamic Magnetic Resonance Imaging-Controlled Feasibility Study. Diagnostics (Basel). 2022 Nov 11;12(11):2761. doi: 10.3390/diagnostics12112761. PMID: 36428821; PMCID: PMC9689423.

Spink C, Henes FO, Da Cruz L, Sinn M, Behzadi C, Schoen G, Welsch GH, Adam G, Bannas P, Maas KJ. Comparison of meniscal T1rho- and T2*-relaxation times in professional female volleyball players and healthy controls using 3T MRI: A pilot study. Eur J Radiol. 2022 Oct;155:110503. doi: 10.1016/j.ejrad.2022.110503. Epub 2022 Aug 28. PMID: 36055016

Frings J, Dust T, Krause M, Frosch KH, Adam G, Warncke M, Welsch G, Henes FO, Maas KJ. Dynamic Mediolateral Patellar Translation Is a Sex- and Size-Independent Parameter of Adult Proximal Patellar Tracking Using Dynamic 3 Tesla Magnetic Resonance Imaging. Arthroscopy. 2022 May;38(5):1571-1580. doi: 10.1016/j.arthro.2021.10.014. Epub 2021 Oct 29. PMID: 34715275

Welsch GH, Behr AM, Frosch KH, Tahir E, Pachowsky M, Henes FO, Adam G, Maas KJ, Warncke ML. Semi-quantitative magnetic resonance imaging scoring of the knee detects previous injuries in professional soccer players. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2022 Apr;30(4):1161-1168. doi: 10.1007/s00167-022-06897-5. Epub 2022 Feb 19.

Leiderer MT, Welsch GH, Molwitz I, Maas KJ, Adam G, Bannas P, Henes FO. Magnetic resonance imaging of midtarsal sprain: Prevalence and impact on the time of return to play in professional soccer players. Eur J Radiol. 2021 Feb;135:109491. doi: 10.1016/j.ejrad.2020.109491.

Maas KJ, Warncke M, Behzadi C, Welsch GH, Schoen G, Kaul MG, Adam G, Bannas P, Henes FO. Correlation of T2* relaxation times of the retropatellar cartilage with tibial tuberosity-trochlea groove distance in professional soccer players. Sci Rep. 2020 Sep 18;10(1):15355. doi: 10.1038/s41598-020-72299-7.

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Präklinische Magnetresonanztomographie

Die nicht invasive MRT-Bildgebung ermöglicht auf schonende Art die Langzeitverfolgung von Krankheiten und Therapieansätzen. Entsprechend des 3R-Prinzips (Replace, Reduce, Refine) lassen sich die benötigten Versuchstierzahlen drastisch reduzieren. So lässt sich ohne großen Aufwand oder hohe Belastung für das Tier das Wachstum eines Tumors oder einer Entzündung und der Effekt einer Therapie in vivo evaluieren. Generell können wir mit unseren 7 Tesla Kleintier-MRT entzündliche Prozesse, Tumorentwicklung, kardiologische oder neurologische Ereignisse hochauflösend anatomisch oder funktionell, metabolisch unter bestimmten immunologischen Konstellationen untersuchen. Diese Vorgänge werden anhand von Messgrößen beurteilt, welche im Rahmen von Methodenentwicklungen als Biomarker identifiziert wurden. Hierzu werden regelhaft quantitative Messansätze angewendet und eigenentwickelte Rekonstruktions- und Auswertealgorithmen zum Einsatz gebracht. Mit Hilfe von Kontrastmittelmarkierungen kann zudem die in vivo Migration von Zellen verfolgt werden

Magnetic Particle Imaging

Das Magnetic Particle Imaging ist ein noch junges bildgebendes Verfahren, das eine zeitlich schnelle und sensitive Erfassung von magnetischen Nanokristallen, die durch Injektion oder Zellmarkierung in den Körper eingebracht werden, darstellen kann. Die magnetische Spur (engl. Trace) vermittelt je nach Anwendung die Verfolgung von Zellen oder die Darstellung des Blutflusses. Die Abbildung des Blutflusses kann für angiografische Zwecke oder für die Beurteilung der Vaskularisierung von Organen eingesetzt werden. Da das MPI Verfahren ausschließlich die Verteilung der magnetischen Nanokristalle erfasst, ist eine Untersuchung in Kombination mit einem die Anatomie darstellenden Verfahren, wie der MRT, essentiell.

Kontrastmittel und Tracerevaluierung

Kontrastmittel werden regelhaft in der biomedizinischen Bildgebung eingesetzt, um Signalunterschiede zwischen Gewebe oder Blut/Gewebe zu verstärken. Im Gegensatz hierzu erzeugen sogenannte Tracer das eigentliche Messsignal. Die Entwicklung von Kontrastmitteln für die MRT und die von Tracern für das MPI Verfahren ist ein Eckpfeiler für eine erfolgreiche Diagnostik. Für eine Beurteilung der Eignung eines neuartigen Kontrastmittels bzw. Tracers sind nicht nur seine signalverändernden/generierenden Eigenschaften interessant, sondern auch dessen Pharmakokinetik. Die Pharmakokinetik des Kontrastmittels bzw. Tracers beschreibt die zeitliche und örtliche Verteilung in Organen und Blut. Pharmakokinetische Parameter wie die Verweilzeiten oder Ausscheidungsraten können wir mit dem MRT und MPI in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung erfassen.

MRT und MPI

MR-Bild des ZNS einer Maus

MR-Bild des Abdomens einer Maus

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• 1. Dargestellt sind ein präklinischer 7 Tesla Magnetresonanztomograph (MRT) und ein Magnetic Particle Imaging (MPI) Scanner.
• 2. T2-gewichtetes sagittales MR-Bild einer Maus zeigt im Verlauf das Gehirn, das Rückenmark und die Wirbelsäule.
• 3. T1-gewichtetes koronales MR-Bild des Abdomens einer Maus. Sichtbar sind die inneren Organe wie Leber und Nieren.

Angiographie mit einem experimentellen Kontrastmittel

MPI einer Maus

MPI-Angiographie einer Maus

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• 4. Angiographie mit einem experimentellen Kontrastmittel in koronaler und sagittaler Schnittführung. Dargestellt sind (a) linker Ventrikel, (b) rechter Ventrikel, Cc) pulmonale Arterien und Venen, (f) Portalvene, (g) Lebervenen, (h) innere Brustarterie und Vene (i) Mesenterialarterie, (j) supraaortale Arterien und Venen, (k) retroorbitaler Sinus.
• 5. Farbliche Überlagerung eines MPI-Bildes mit einem grauskalierten anatomischen MRT Bild: Die farbig gekennzeichnete Tracerverteilung zeichnet den Verlauf der Hohlvene bis zum Herzen nach Injektion von magnetischen Nanokristallen nach.
• 6. Analyse der Ankunftszeit eines injizierten magnetischen Tracers zeigt in Rot die Ankunft im rechten Ventrikel, danach in Gelb den Verlauf durch die Lungengefäße und in Blau die Ankunft im linken Ventrikel.

Tumormodelle und Therapie

PD Dr. Dr. Thorsten Frenzel (UKE, Strahlentherapie)

Dr. Nollau (Forschungsinstitut Kinderkrebs-Zentrum Hamburg)

Fettstoffwechsel

Prof. Dr. Jörg Heeren (UKE, Institut für Biochemie und Molekulare Zellbiologie)

Entzündung/Infektion

Dr. Rudolph Reimer (Leibniz-Institut für Virologie)

Prof. Dr. Hana Lotter (UKE, Bernhard-Nocht-Institut)

Prof. Dr. Christoph Schramm (UKE, I. Medizinische Klinik und Poliklinik)

Schlaganfall

PD Dr. Mathias Gelderblom (UKE, Neurologie)

Kontrastmittel/Tracerentwicklung

Prof. Dr. Horst Weller (Universität Hamburg, Physikalische Chemie)

Prof. Dr. Moungi Bawendi (Massachusetts Institute of Technology University Washington)

Prof. Dr. Krishnan (University of Washington)

Prof. Dr. Florian Grüner (Universität Hamburg, Institut für Experimental Physik)

Dr. Neus Feliu Torres (Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung)

Bruns OT, Ittrich H, Peldschus K, Kaul MG, Tromsdorf UI, Lauterwasser J. Real-time magnetic resonance imaging and quantification of lipoprotein metabolism in vivo using nanocrystals. Nat Nanotechnol. 2009;4: 193–201. doi:10.1038/NNANO.2008.405

Bartelt A, Bruns OT, Reimer R, Hohenberg H, Ittrich H, Peldschus K, Kaul MG, Tromsdorf UI, Weller H, Waurisch C, Eychmüller A, Gordts PLSM, Rinninger F, Bruegelmann K, Freund B, Nielsen P, Merkel M, Heeren J. Brown adipose tissue activity controls triglyceride clearance. Nat Med. Nature Publishing Group, a division of Macmillan Publishers Limited. All Rights Reserved.; 2011;17: 200–5. doi:10.1038/nm.2297

Gebauer F, Wicklein D, Stübke K, Nehmann N, Schmidt A, Salamon J, Peldschus K, Nentwich MF, Adam G, Tolstonog G, Bockhorn M, Izbicki JR, Wagener C, Schumacher U. Selectin binding is essential for peritoneal carcinomatosis in a xenograft model of human pancreatic adenocarcinoma in pfp--/rag2-- mice. Gut. 2013 May;62(5):741-50. doi: 10.1136/gutjnl-2011-300629.

Peldschus K, Salamon J, Wicklein D, Lange C, Ittrich H, Adam G, Schumacher U. Interaction of magnetically labeled multipotent mesenchymal stromal cells and E-and P-selectins monitored by magnetic resonance imaging in mice. Mol Imaging. 2013 Mar-Apr;12(2):100-10.

Jung C, Dučić T, Reimer R, Koziolek E, Kording F, Heine M, Adam G, Ittrich H, Kaul MG. Gadospin F-enhanced magnetic resonance imaging for diagnosis and monitoring of atherosclerosis: validation with transmission electron microscopy and x-ray fluorescence imaging in the apolipoprotein e-deficient mouse. Mol Imaging. 2014;13. doi: 10.2310/7290.2014.00039.

Salamon J, Hoffmann T, Elies E, Peldschus K, Johansen JS, Lüers G, Schumacher U, Wicklein D. Antibody directed against human YKL-40 increases tumor volume in a human melanoma xenograft model in scid mice. PLoS One. 2014 Apr 21;9(4):e95822. doi: 10.1371/journal.pone.0095822.

Salamon J, Wicklein D, Didié M, Lange C, Schumacher U, Adam G, Peldschus K. Magnetic resonance imaging of single co-labeled mesenchymal stromal cells after intracardial injection in mice. Rofo. 2014 Apr;186(4):367-76. doi: 10.1055/s-0034-1366097.

Jung C, Kaul MG, Bruns OT, Ducic T, Freund B, Heine M, Reimer R, Meents A, Salmen SC, Weller H, Nielsen P, Adam G, Heeren J, Ittrich H. Intraperitoneal injection improves the uptake of nanoparticle labeled HDL to atherosclerotic plaques compared to intravenous injection: A multimodal imaging study in ApoE-/- Mice. Circ Cardiovasc Imaging. 2014 Mar;7(2):303-11. doi: 10.1161/CIRCIMAGING.113.000607.

Berbée JF, Boon MR, Khedoe PP, Bartelt A, Schlein C, Worthmann A, Kooijman S, Hoeke G, Mol IM, John C, Jung C, Vazirpanah N, Brouwers LP, Gordts PL, Esko JD, Hiemstra PS, Havekes LM, Scheja L, Heeren J,Rensen PC. Brown fat activation reduces hypercholesterolaemia and protects from atherosclerosis development. Nat Commun. 2015 Mar 10;6:6356. doi: 10.1038/ncomms7356.

Salamon J, Hofmann M, Jung C, Kaul MG, Werner F, Them K, Reimer R, Nielsen P, Vom Scheidt A, Adam G, Knopp T, Ittrich H. Magnetic Particle / Magnetic Resonance Imaging: In-Vitro MPI-Guided Real Time Catheter Tracking and 4D Angioplasty Using a Road Map and Blood Pool Tracer Approach. PLoS One. 2016 Jun 1;11(6):e0156899. doi: 10.1371/journal.pone.0156899.

Jung CS, Heine M, Freund B, Reimer R, Koziolek EJ, Kaul MG, Kording F, Schumacher U, Weller H, Nielsen P, Adam G, Heeren J, Ittrich H. Quantitative Activity Measurements of Brown Adipose Tissue at 7 T Magnetic Resonance Imaging After Application of Triglyceride-Rich Lipoprotein 59Fe-Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticle: Intravenous Versus Intraperitoneal Approach. Invest Radiol. 2016 Mar;51(3):194-202. doi: 10.1097/RLI.0000000000000235.

Frenzel T, Kaul MG, Ernst TM, Salamon J, Jäckel M, Schumacher U, Krüll A. Magnetic resonance imaging for precise radiotherapy of small laboratory animals. Z Med Phys. 2017 Mar;27(1):6-12. doi: 10.1016/j.zemedi.2016.05.002.

Khandhar AP, Wilson GJ, Kaul MG, Salamon J, Jung C, Krishnan KM. Evaluating size-dependent relaxivity of PEGylated-USPIOs to develop gadolinium-free T1 contrast agents for vascular imaging. J Biomed Mater Res Part A. John Wiley and Sons Inc.; 2018;106: 2440–2447. doi:10.1002/jbm.a.36438

Wei H, Bruns OT, Kaul MG, Hansen EC, Barch M, Wisniowska A, Chen O, Chen Y, Li N, Okada S, Cordero JM, Heine M, Farrar CT, Montana DM, Adam G, Ittrich H, Jasanoff A, Nielsen P, Bawendi MG. Exceedingly small iron oxide nanoparticles as positive MRI contrast agents. Proc Natl Acad Sci U S A. National Academy of Sciences; 2017;114: 2325–2330. doi:10.1073/pnas.1620145114

Jung C, Christiansen S, Kaul MG, Koziolek E, Reimer R, Heeren J, Adam G, Heine M, Ittrich H. Quantitative and qualitative estimation of atherosclerotic plaque burden in vivo at 7T MRI using Gadospin F in comparison to en face preparation evaluated in ApoE KO mice. PLoS One. 2017 Aug 3;12(8):e0180407. doi: 10.1371/journal.pone.0180407.

Kaul MG, Salamon J, Knopp T, Ittrich H, Adam G, Weller H, Jung C. Magnetic particle imaging for in vivo blood flow velocity measurements in mice. Phys Med Biol. IOP Publishing; 2018;63: 064001. doi:10.1088/1361-6560/aab136

Salamon J, Dieckhoff J, Kaul MG, Jung C, Adam G, Möddel M, Knopp T, Draack S, Ludwig F, Ittrich H. Visualization of spatial and temporal temperature distributions with magnetic particle imaging for liver tumor ablation therapy. Sci Rep. 2020 May 4;10(1):7480. doi: 10.1038/s41598-020-64280-1.

Kaul MG, Mummert T, Graeser M, Salamon J, Jung C, Tahir E, Ittrich H, Adam G, Peldschus K. Pulmonary blood volume estimation in mice by magnetic particle imaging and magnetic resonance imaging. Sci Rep. Nature Publishing Group; 2021;11: 4848. doi:10.1038/s41598-021-84276-9

Bitte kontaktieren Sie die AG-Mitglieder, falls Sie Interesse an einer Dissertation in unserer Arbeitsgruppe haben.

Maschinelle Lernverfahren für die kardiovaskuläre Bildgebung (MALEKA)

Das gemeinsame Forschungsprojekt zwischen der Philips Forschung Hamburg, dem Institut für Medizintechnische Systeme der Technischen Universität Hamburg‐Harburg (TUHH) und der Klinik und Poliklinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie und Nuklearmedizin sowie für Allgemeine und Interventionelle Kardiologie am Universitätsklinikum Hamburg‐Eppendorf (UKE) soll neue Ansätze zur Bestimmung von digitalen Biomarkern auf der Basis von Verfahren des maschinellen Lernens erarbeiten. Ziel der Projektpartner ist es, eine Plattform zu konzipieren, zu implementieren und zu evaluieren, die es ermöglicht, bei ausreichender Verfügbarkeit annotierter klinischer Daten, robust und effizient neue digitale Biomarker für die bildgestützte Diagnose und Therapie zu generieren.

Dieses Projekt wird durch den Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) sowie durch die Freie und Hansestadt Hamburg über einen Zeitraum von 30 Monaten (04/2018‐09/2020) gefördert.

Vergleich Mensch vs. neuronales Netzwerk

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• Longitudinale Ansicht der linken Koronararterie mit graphischer Darstellung der menschlichen Expertenannotation (rot) und der Prädiktion des zuvor trainierten neuronalen Netzwerkes (blau).

Philips Forschung Hamburg

Institut für Medizintechnische Systeme, TUHH

Klinik und Poliklinik für Allgemeine und Interventionelle Kardiologie, UKE

Ragab H, Lund GK, Breitsprecher L, Sinn MR, Muellerleile K, Cavus E, Stehning C, Tahir E, Blankenberg S, Patten M, Pressler A, Adam G, Avanesov M. Prevalence and pattern of focal and potential diffuse myocardial fibrosis in male and female marathon runners using contrast-enhanced cardiac magnetic resonance. Eur Radiol. 2023 Jan 23. doi: 10.1007/s00330-023-09416-3. Epub ahead of print. PMID: 36683089.

Schnellbächer N, Ragab H, Nickisch H, Wissel T, Spink C, Lund G, Grass M. Machine-learning based clinical plaque detection using a synthetic plaque lesion model for coronary CTA. SPIE Medical Imaging Conference San Diego, USA. 2020.

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Materialquantifizierung in der Spektral-CT

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Quantifizierung von körpereigenen und körperfremden Materialien durch spektrale CT-Techniken und der Entwicklung von bildgebenden Biomarkern basierend auf der Körperzusammensetzung (Body Composition).

Ziel ist die Entwicklung neuer Techniken und Evaluation der klinischen Relevanz quantifizierbarer Materialien als radiologische Biomarker für die Diagnostik, Therapieplanung und Prädiktion des Krankheitsverlaufs.

Nach erfolgreicher Entwicklung einer Methode zur Spektral-CT Fettquantifizierung in der Leber und Skelettmuskulatur, führen wir aktuell u.a. klinische Studien zur Evaluation der Eignung der Fettfraktion für die Sarkopeniediagnostik, Knochenqualität und Prädiktion des Krankheitsverlaufs bei Tumorerkrankungen und Lebertransplantation durch. Sollten Sie an einem gastrointestinalen Tumor wie einem Speiseröhrenkrebs, einem Magen- oder Darmkrebs (SARCOSPECTA-Studie) oder einer zur Transplantation evaluierten Lebererkrankung leiden (SPECTAQUANTIVE Studie) und Interesse an einer Studienteilnahme haben, melden Sie sich gerne jederzeit unter i.molwitz@uke.de . Weitere Informationen zu den Studien finden Sie im Flyer.

Informationsbroschüre zu aktuellen Studien in der Spektral-CT

Aus der Presse:

Verleihung des Werner-Otto-Preises zur Förderung medizinischer Forschung an Dr. Molwitz 2023

Vorstellung der Arbeitsgruppe im UKE-Magazin wissen+forschen

Presseartikel zu aktuellen Forschungsergebnissen der AG vom internationalen radiologischen Kongress in den USA (RSNA 2022, Daily Bulletin)

Eingeworbene Fördermittel

DFG-Sachbeihilfe im Rahmen eines Kooperationsprojektes mit Prof. Dr. Werner vom Institut für Angewandte Medizininformation und PD Dr. Meine von Fraunhofer MeVis

Förderung für interdisziplinäre Projekte von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Hamburg Research Center of Medical Technology (04fmthh2020) eingeworben durch Dr. Molwitz und P. Szwargulski.

Roland Fischer

Laura Gerdes

Lutz Hörstensmeyer

Niklas Schubert

• Prof. Dr. Ing. Tobias Knopp, Institut für Biomedizinische Bildgebung, TUHH; Sektion für Biomedizinische Bildgebung, UKE
• Prof. Dr. R. Werner, Institut für Angewandte Medizininformatik, UKE
• PD Dr. H. Meine, Bildanalysen und Deep Learning, Fraunhofer MEVIS, Bremen
  
• Prof. Dr. rer. medic. Björn Busse, Institut für Osteologie und Biomechanik, UKE
• PD Dr. med. M. Sinn, II. Medizinische Klinik und Poliklinik (Onkologie, Hämatologie, Knochenmarktransplantation mit Abteilung für Pneumologie), UKE
• Dr. med. A. Busch, II. Medizinische Klinik und Poliklinik (Onkologie, Hämatologie, Knochenmarktransplantation mit Abteilung für Pneumologie)
• Prof. Dr. med. M.R. Sterneck, Ambulanzzentrums des UKE, Fachbereich Lebertransplantation, UKE
• Ann-Kathrin Ozga, Ph.D., Institut für Medizinische Biometrie und Epidemiologie, UKE
• Prof. Dr. rer. medic. Björn Busse, Institut für Osteologie und Biomechanik, UKE
• Prof. Z.J. Wang, PhD., Department of Radiology, Children’s Health, The University of Texas Southwestern Medical Center

Kemper M, Melling N, Krause L, Kühn K, Graß JK, Izbicki JR, Gerdes L, Adam G, Yamamura J, Molwitz I. Muscle quality, not quantity, is associated with outcome after colorectal cancer surgery. Eur J Surg Oncol. 2023 Dec;49(12):107098. doi: 10.1016/j.ejso.2023.107098.

Molwitz I, Recklies F, Stark M, Horvatits T, Salamon J, Huber S, Fischer L, Adam G, Lohse AW, Sterneck M, Horvatits K. Muscle quality determined by computed tomography predicts short-term and long-term survival after liver transplantation. Sci Rep. 2023 May 10;13(1):7631. doi: 10.1038/s41598-023-33349-y.

Molwitz I, Kemper M, Krause L, Adam G, Izbicki JR, Burdelski C, de Heer G, Gerdes L, Yamamura J, Li J. Importance of computed tomography muscle quality and continuous versus cut-off-based sarcopenia detection in major hepatic surgery. Ann Transl Med. 2022 Sep;10(18):955. doi: 10.21037/atm-21-5948.

Molwitz I, Campbell GM, Yamamura J, Knopp T, Toedter K, Fischer R, Wang ZJ, Busch A, Ozga AK, Zhang S, Lindner T, Sevecke F, Grosser M, Adam G, Szwargulski P. Fat Quantification in Dual-Layer Detector Spectral Computed Tomography: Experimental Development and First In-Patient Validation. Invest Radiol. 2022 Feb 10. doi: 10.1097/RLI.0000000000000858. Epub ahead of print. PMID: 35148536.

Molwitz I, Leiderer M, McDonough R, Fischer R, Ozga AK, Ozden C, Tahir E, Koehler D, Adam G, Yamamura J. Skeletal muscle fat quantification by dual-energy computed tomography in comparison with 3T MR imaging. Eur Radiol. 2021 Mar 26. doi: 10.1007/s00330-021-07820-1.

Molwitz I, Leiderer M, Özden C, Yamamura J. Dual-Energy Computed Tomography for Fat Quantification in the Liver and Bone Marrow: A Literature Review. Rofo. 2020 Dec;192(12):1137-1153. English, German. doi: 10.1055/a-1212-6017.

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Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit Deep Learning in der MRT-Diagnostik abdomineller Erkrankungen. Deep Learning Methoden können die menschliche Leistung übertreffen und eine Vielzahl von unterschiedlichen Problemen lösen. In mehreren Teilprojekten möchten wir untersuchen, ob und inwiefern Deep Learning Methoden Radiolog:innen bei der Erkennung von komplexen abdominellen Befunden und Pathologien in der Bildgebung unterstützen können und die Qualität sowie die Effizienz in der Befundung durch derartige Unterstützungssysteme gesteigert werden kann.

1. DeePSC: Die primär sklerosierende Cholangitis (PSC) ist eine seltene Erkrankung der intra- und extrahepatischen Gallengänge, die vorwiegend junge Erwachsene betrifft und häufig mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen assoziiert ist. Sie ist charakterisiert durch multifokale vernarbende Veränderungen der Gallengänge und führt im Spätstadium zur biliären Leberzirrhose. Betroffene haben zudem ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung von Malignomen der Gallengänge und des Magen-Darm-Traktes. Das primäre Ziel dieses Teilprojektes ist daher, das Training und die Etablierung eines AI-basierten Algorithmus für die automatische Detektion PSC-typischer Gallengangsveränderungen anhand von 2D-MRCP-Datensätzen.

2. DeepIBD:Als chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (engl. IBD inflammatory bowel disease) bezeichnet man wiederkehrende oder permanent aktive Entzündungen des Magen-Darm-Traktes unklarer Genese. Die häufigsten Formen sind der Morbus Crohn und die Colitis ulcerosa. Die MR-Enterographie (MR-Sellink) stellt den nicht-invasiven Goldstandard in der bildgebenden Diagnostik dar. Die Befundung gilt jedoch im Allgemeinen als anspruchsvoll und zeitintensiv. Das primäre Ziel dieses Teilprojektes ist daher die Entwicklung eines validen und robusten Algorithmus auf Basis von Deep Learning zur automatisierten Segmentierung und Diagnostik von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen mittels MR-Sellink

Prof. Dr. med. Christoph Schramm, Zentrum für Innere Medizin, I. Medizinische Klinik und Poliklinik

Fabian Westhäußer Msc, Zentrum für Molekulare Neurobiologie Hamburg (ZMNH), Institut für Medizinische Systembiologie

Prof. Dr. Stefan Bonn, Zentrum für Molekulare Neurobiologie (ZMNH), Institut für Medizinische Systembiologie

Dr. Anne Ernst, Zentrum für Molekulare Neurobiologie (ZMNH), Institut für Medizinische Systembiologie

Ragab H, Westhaeusser F et al. DeePSC: A Deep Learning Model for Automated Diagnosis of Primary Sclerosing Cholangitis at Two-dimensional MR Cholangiopancreatography. Radiol Artif Intell. 2023;5(3):e220160. Published 2023 Apr 19. doi:10.1148/ryai.220160

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Fetale kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie (MRT) mittels MRT-kompatiblem Doppler-Ultraschall-Sensor (DUS)

Die Anwendung eines MRT-kompatiblen Doppler-Ultraschall-Sensors erlaubt die Ableitung des fetalen Herzschlags zur Synchronisation mit der MRT-Datenaufnahme (sog. kardiales Gating). Durch diesen im UKE in interdisziplinärer Forschungsarbeit entwickelten Doppler-Ultraschall-Sensor wird die Durchführung der fetalen kardiovaskulären MRT zur morphologischen und auch funktionellen Analyse möglich. In mehreren Validierungsstudien konnten hochqualitative dynamische MRT-Aufnahmen des fetalen Herzens und der Gefäße angefertigt werden. Zudem zeigte die dynamische DUS-gegatete fetale kardiovaskuläre MRT ähnliche Ergebnisse im Vergleich zum Referenzstandard der fetalen Echokardiographie. Aktuelle translationale und interdisziplinäre Forschungsprojekte in Zusammenarbeit mit der Klinik für Geburtshilfe und Pränatalmedizin widmen sich der Realisierung der fetalen kardiovaskulären MRT im Hochmagnetfeld bei 3 Tesla inklusive der Analyse zur Detektion angeborener Herzfehler. In diesem Zusammenhang wird auch die Realisierung der fetalen 4D Fluss-MRT untersucht.

Adulte kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie (MRT) mittels MRT-kompatiblem Doppler-Ultraschall-Sensor (DUS)

Ein MRT-kompatibler Doppler-Ultraschall-Sensor erlaubt alternativ zum üblicherweise verwendeten Elektrokardiogramm (EKG) das kardiale Gating und somit die Durchführung der kardiovaskulären MRT zur morphologisch-funktionellen Beurteilung. Diese Technik basiert auf der Ableitung der Myokardbewegung bzw. der Detektion des Blutflusses und könnte deshalb eine zuverlässige Gating-Methode insbesondere bei Patient:innen mit limitierter EKG-Ableitung bieten (z.B. bei Arrhythmien, Adipositas und Perikarderguss). Aktuelle Projekte untersuchen diese potenziellen Vorteile gegenüber der herkömmlichen EKG-gegateten kardiovaskulären MRT.

PD Dr. med. Manuela Tavares de Sousa, Klinik für Geburtshilfe und Pränatalmedizin

PD Dr. Jochen Herrmann, Abteilung für Kinderradiologie

Knapp J. Tavares de Sousa M, Lenz A, Herrmann J, Zhang S, Kording F, Hergert B, Adam G, Bannas P, Schoennagel BP. Fetal 4D flow MRI of the great thoracic vessels at 3 Tesla using Doppler-ultrasound gating: a feasibility study. European Radiol. 2023;33:1698-1706.

Tavares de Sousa M, Hecher K, Kording F, Yamamura J, Lenz A, Adam G, Bannas P, Schoennagel BP. Fetal dynamic magnetic resonance imaging using Doppler ultrasound gating for the assessment of the aortic isthmus: A feasibility study. Acta Obstet Gynecol Scand. 2021 Jan;100(1):67-73. doi: 10.1111/aogs.13957.

Schoennagel BP, Yamamura J, Kording F, Fischer R, Bannas P, Adam G, Kooijman H, Ruprecht C, Fehrs K, Tavares de Sousa M. Fetal dynamic phase-contrast MR angiography using ultrasound gating and comparison with Doppler ultrasound measurements. Eur Radiol. 2019 Aug;29(8):4169-4176. doi: 10.1007/s00330-018-5940-y.

Tavares de Sousa M, Hecher K, Yamamura J, Kording F, Ruprecht C, Fehrs K, Behzadi C, Adam G, Schoennagel BP. Dynamic fetal cardiac magnetic resonance imaging in four-chamber view using Doppler ultrasound gating in normal fetal heart and in congenital heart disease: comparison with fetal echocardiography. Ultrasound Obstet Gynecol. 2019 May;53(5):669-675. doi: 10.1002/uog.20167.

Kording F, Yamamura J, de Sousa MT, Ruprecht C, Hedström E, Aletras AH, Ellen Grant P, Powell AJ, Fehrs K, Adam G, Kooijman H, Schoennagel BP. Dynamic fetal cardiovascular magnetic resonance imaging using Doppler ultrasound gating. J Cardiovasc Magn Reson. 2018 Mar 12;20(1):17. doi: 10.1186/s12968-018-0440-4.

Bitte kontaktieren Sie die AG-Mitglieder, falls Sie Interesse an einer Dissertation in unserer Arbeitsgruppe haben.

Kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie (MRT): myokardiale Eisenkonzentrationsbestimmung mittels R2*-Relaxometrie und kardiale Funktionsanalyse

Patient:innen mit transfusionsabhängigen Hämoglobinopathien (z.B. Thalassämie) leiden unter systemischer Eisenüberladung, die sich in unterschiedlichen Organen manifestiert (u.a. Leber, Herz, Milz, Pankreas, Knochenmark). Bei diesen Patient:innen ist die Herzinsuffizienz, verursacht durch myokardiale Eisenakkumulation und -toxizität, nach wie vor die häufigste Todesursache. Die myokardiale Eisenüberladung kann mittels MRT-R2*-Relaxometrie quantifiziert werden und ist ein wichtiger Parameter zum Screening einer Eisenüberladung im Myokard und Monitoring einer möglicherweise indizierten Eisen-Chelator-Therapie, welche eine zunehmende Eisenakkumulation und somit eine eiseninduzierte Herzinsuffizienz verhindern kann. Darüberhinaus ermöglicht die kardiale MRT eine präzise Bestimmung der Herzfunktion, wobei hier zunehmend auch die Bestimmung diastolischer Funktionsparameter an Bedeutung gewinnt. Die interdisziplinäre Forschungsgruppe (Radiolog:innen, Physiker:innen, Hämatolog:innen) untersucht diastolische und systolische Parameter der kardialen MRT, welche eine myokardiale Eisenüberladung bzw. eine Einschränkung der Herzfunktion früh anzeigen können.

R2*-Sequenz bei einem Thalassämiepatienten

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• Kurze-Achsen Ansicht (TE = 8.3ms) einer EKG getriggerten R2* Sequenz bei einem Thalassämie Patienten (33 J) (single breath-hold multi-echo Methode, 1.5 T). Mittels Setzen einer Region of Interest (ROI) im myokardialen Septum wird die mittlere Signalintensität ± SD pro Echo ermittelt. Der anschließende Exponential-Fit liefert eine erhöhte kardiale Relaxationsrate R2* = 106 Hz (T2* = 9.4ms).

Grützediek K, Fischer R, Kurio G, Böckelmann L, Bleeke M, Hagar RW, Tahir E, Grosse R, Weyhmiller M, Adam G, Bannas P, Schoennagel BP. Rapid MRI Assessment of Long-Axis Strain to Indicate Systolic Dysfunction in Patients With Sickle Cell Disease. J Magn Reson Imaging. 2023. doi: 10.1002/jmri.28623.

Tahir E, Fischer R, Grosse R, Tavrovski P, Yamamura J, Starekova J, Lund GK, Bannas P, Graessner J, Radunski UK, Muellerleile K, Adam G, Schoennagel BP. Strain analysis using feature-tracking CMR to detect LV systolic dysfunction in myocardial iron overload disease. JACC cardiovasc. Imaging 2020 Oct;13(10):2267-2268. doi: 10.1016/j.jcmg.2020.05.026.

Wehbe MS, Yamamura J, Fischer R, Grosse R, Berliner C, Graessner J, Lund G, Adam G, Schoennagel BP. Left atrial active contractile function parameters assessed by cardiac MRI are sensitive to myocardia iron. J. Magn. Reson. Imaging 2017; Feb;45(2):535-541.doi: 10.1002/jmri.25396.

Schoennagel BP, Fischer R, Grosse R, Berliner C, Wehbe M, Kurio G, Lund G, Wang ZJ, Graessner J, Adam G, Yamamura J. Peak Filling Rates Assessed by CMR Imaging Indicate Diastolic Dysfunction From Myocardial Iron Toxicity. JACC Cardiovasc Imaging. 2016 Nov;9(11):1353-1354. doi: 10.1016/j.jcmg.2015.10.017.

Sado DM, Maestrini V, Piechnik SK, Banypersad SM, White SK, Flett AS, Robson MD, Neubauer S, Ariti C, Arai A, Kellman P, Yamamura J, Schoennagel BP, Shah F, Davis B, Trompeter S, Walker M, Porter J, Moon JC. Noncontrast myocardial T1 mapping using cardiovascular magnetic resonance for iron overload. J Magn Reson Imaging. 2015 Jun;41(6):1505-11. doi: 10.1002/jmri.24727.

Bitte kontaktieren Sie Herrn PD Dr. Schönnagel, falls Sie Interesse an einer Dissertation in der Arbeitsgruppe haben.

Entwicklung eines Stent-Prototypen mit integrierten Drucksensoren der peripheren arteriellen Strombahn. Hierfür wird ein miniaturisierter ASIC-Chip entwickelt, der eine Druckmessung in Echtzeit ermöglicht. Die Elektronik wird biokompatibel von einem Polymergehäuse geschützt und innerhalb der Polytetrafluorethylen-Membranen eines ballonexpandierbaren Stents platziert. Der Chip kann durch induktive Energiezufuhr in Betrieb genommen werden. Integrierte Spulen können Energie kurzfristig speichern, an die Sensoren weitergeben und anschließend Druckmessungen aussenden. Parallel wird ein externes Lesegerät zur Datenverarbeitung entwickelt. Über eine Bluetooth-Schnittstelle soll die verschlüsselte Weitergabe an Endgeräte (PC, Tablet, Smartphone) und Anbindung an eine medizinische Einrichtung ermöglicht werden zum individuellen Durchfluss- und Druckmonitoring.

Projektförderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Förderkennzeichen: ZF4446502BA8

Stent-Prototyp

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Stent-Prototyp mit montierten Drucksensoren, Projektpartner

Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Krautschneider, Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Integrierte Schaltungen

Heinz Schade, Andramed GmbH

Dr. Gunther Schwab, Dr. Schwab GmbH

Martin Lex, Lex Feinmechanik GmbH

In Vorbereitung.

Bitte kontaktieren Sie Herrn Dr. Spink, falls Sie Interesse an einer Dissertation in der Arbeitsgruppe haben.

Chemotherapie-induzierte Myokardschädigung bei langzeitüberlebenden Krebspatient:innen

Aufgrund verbesserter Therapieoptionen steigt die Lebenserwartung von Krebspatient:innen stetig an und die Zahl langzeitüberlebender Krebspatient:innen beträgt aktuell circa 2,6 Millionen in Deutschland. Hieraus resultiert eine zunehmende Relevanz therapiebedingter Spätfolgen, welche wesentlich zu Morbidität und Mortalität dieser Patient:innen beitragen. Insbesondere kardiovaskuläre Spätfolgen erhöhen die Morbidität und Mortalität nach überstandener Krebserkrankung. In einer ersten prospektiven Studie bei Chemotherapie-behandelten Patientinnen mit Mammakarzinom konnte gezeigt werden, dass einerseits vorübergehende Veränderungen des Myokards und andererseits eine mittelfristig bleibende subklinische Funktionsabnahme des linken Ventrikels beobachtet werden können. Aktuelle Projekte in Zusammenarbeit mit der Klinik für Onkologie, Hämatologie und KMT mit Sektion Pneumologie widmen sich der Untersuchung von langzeitüberlebenden Patient:innen mit stattgehabten Keimzelltumoren. Zudem wird der Effekt einer Chemotherapie auf die Funktion des linken Atriums untersucht.

T1/T2-Karten bei einer 45-jährigen Patientin mit Mammakarzinom

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T2- und T1-Karten bei einer 45-jährigen Patientin mit Mammakarzinom. T2- und T1-Relaxationszeiten erhöhten sich signifikant nach Abschluss der Epirubicin-basierten Chemotherapie, um sich im weiteren Verlauf zu normalisieren.

Dr. med. Antonia Beitzen-Heineke, Klinik für Onkologie, Hämatologie und KMT mit Sektion Pneumologie

Sinn MR, Lund GK, Muellerleile K, Freiwald E, Saeed M, Avanesov M, Lenz A, Starekova J, von Kodolitsch Y, Blankenberg S, Adam G, Tahir E. Prognosis of early pre-discharge and late left ventricular dilatation by cardiac magnetic resonance imaging after acute myocardial infarction. Int J Cardiovasc Imaging. 2021 Jan 12. doi: 10.1007/s10554-020-02136-5.

Lam HV, Groth M, Mir T, Bannas P, Lund GK, Jahnke CM, Warncke M, Maas KJ, Adam G, Herrmann J, Tahir E. Impact of chest wall deformity on cardiac function by CMR and feature-tracking strain analysis in paediatric patients with Marfan syndrome. Eur Radiol. 2020 Dec 23. doi: 10.1007/s00330-020-07616-9.

Tahir E, Fischer R, Grosse R, Tavrovski P, Yamamura J, Starekova J, Lund GK, Bannas P, Graessner J, Radunski UK, Muellerleile K, Adam G, Schoennagel BP. Strain Analysis Using Feature-Tracking CMR to Detect LV Systolic Dysfunction in Myocardial Iron Overload Disease. JACC Cardiovasc Imaging. 2020 Oct;13(10):2267-2268. doi: 10.1016/j.jcmg.2020.05.026.

Tahir E, Starekova J, Muellerleile K, von Stritzky A, Münch J, Avanesov M, Weinrich JM, Stehning C, Bohnen S, Radunski UK, Freiwald E, Blankenberg S, Adam G, Pressler A, Patten M, Lund GK. Myocardial Fibrosis in Competitive Triathletes Detected by Contrast-Enhanced CMR Correlates With Exercise-Induced Hypertension and Competition History. JACC Cardiovasc Imaging. 2018 Sep;11(9):1260-1270. doi: 10.1016/j.jcmg.2017.09.016.

Tahir E, Sinn M, Bohnen S, Avanesov M, Säring D, Stehning C, Schnackenburg B, Eulenburg C, Wien J, Radunski UK, Blankenberg S, Adam G, Higgins CB, Saeed M, Muellerleile K, Lund GK. Acute versus Chronic Myocardial Infarction: Diagnostic Accuracy of Quantitative Native T1 and T2 Mapping versus Assessment of Edema on Standard T2-weighted Cardiovascular MR Images for Differentiation. Radiology. 2017 Oct;285(1):83-91. doi: 10.1148/radiol.2017162338.

Bitte kontaktieren Sie den AG-Leiter, falls Sie Interesse an einer Dissertation in unserer Arbeitsgruppe haben.