Durchbruch für Kernspinresonanz und Magnetresonanztomographie

Erwin-Schrödinger-Preis 2021:

Der „Erwin-Schrödinger-Preis 2021 – Wissenschaftspreis des Stifterverbandes“ geht an ein internationales Team am Helmholtz-Institut Mainz HIM, einer Kooperation des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz: Mit der kostengünstigen und außerordentlichen Verstärkung der Magnetresonanzsignale haben die Expert*innen eine Technik entwickelt, die vielversprechend in der Analytik genutzt werden kann.

Für die Erzeugung eines neu entwickelten und verbesserten Kontrastmittels für die Magnetresonanztomographie (MRT) mit Wasserstoffgas erhalten die Wissenschaftler*innen Dmitry Budker (Physiker, HIM), James Eills (Chemiker, HIM), John Blanchard (Chemiker, HIM), Danila Barskiy (Physikochemiker, HIM), Kerstin Münnemann (Chemikerin, Universität Kaiserslautern), Francesca Reineri (Chemikerin, Universität Turin), Eleonora Cavallari (Pharmazeutische und Biomolekularwissenschaftlerin, Universität Turin), Silvio Aime (Biowissenschaftler, Universität Turin), Gerd Buntkowsky (Physikochemiker, TU Darmstadt), Stephan Knecht (Physiker, TU Darmstadt und NVision, Ulm), Malcolm H. Levitt (Chemiker, Universität Southampton) und Laurynas Dagys (Chemiker, Universität Southampton) den mit 50.000 Euro dotierte Erwin-Schrödinger-Preis.

Die Kernspinresonanz gehört zu einer Standardmethode der Analytik, um die Struktur und Dynamik von Materialien und lebenden Objekten zu ermitteln. Inklusive der Kernspintomographie wird die Methode unter anderem in der Chemie, der Biochemie und der Medizin eingesetzt. Bei beiden Verfahren eignen sich Flüssigkeiten besonders gut als Kontrastmittel für die Untersuchung. Allerdings stoßen die bisherigen Methoden an ihre Grenzen: Die Wechselwirkung von Kernspins mit ihrer Umgebung ist sehr schwach und die Methoden weisen daher eine geringe Empfindlichkeit auf. Hier setzt die Neuentwicklung an: Zur Überwindung dieser Einschränkung haben die Forschenden eine Reihe von sogenannten „Hyperpolarisierungstechniken“ entwickelt. Dabei handelt es sich um chemische und physikalische Verfahren, mit denen Atome und Moleküle so präpariert werden können, dass ihre Magnetresonanzsignale um einen Faktor von etwa einer Million verstärkt werden und dies auch noch kostengünstig.

Hyperpolarisationstechniken sind sehr aufwendig und können zurzeit nur in wenigen Kliniken weltweit eingesetzt werden. Möglich wurde dieses Projekt erst durch die Kooperation des Teams aus Chemiker*innen, Physiker*innen, Ingenieur*innen, Biolog*innen und Mitarbeitenden aus der klinischen Praxis. Das Team setzt sich zusammen aus Expert*innen aus Deutschland, England, Italien, und den USA, beteiligt sind das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, das Helmholtz Institut Mainz, die Technische Universität Darmstadt, die Technische Universität Kaiserslautern, die Universität Southampton und die Universität Turin. Das Helmholtz-Institut Mainz an dem die Preisträger*innen forschen, wird gemeinsam vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz getragen.

“Das Ziel unserer wissenschaftlichen Arbeit ist es, sowohl für den medizinischen Anwendungsbereich als auch für Forschungszwecke einfach herzustellende, sichere und langlebige hyperpolarisierte Moleküle zur Verfügung zu stellen“, sagt Dmitry Budker, Professor für Experimentelle Atomphysik am Exzellenzcluster PRISMA+ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und Sektionsleiter am Helmholtz-Institut Mainz (HIM). „Unsere Methode stellt dabei einen großen Schritt und eine entscheidende Verbesserung dar. Erreichen konnten wir dies durch die fachbereichs- und länderübergreifende Zusammenarbeit. Wir sind sehr froh und stolz, dass unsere langjährige und intensive Forschungszusammenarbeit mit dem renommierten Erwin-Schrödinger-Preis ausgezeichnet wird.“

Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, sagt: „Die beeindruckenden Ergebnisse dieses hervorragenden Forschungsteams zeigen anschaulich die übergeordnete Bedeutung enger weltweiter Vernetzung in der Wissenschaftsgemeinschaft. Das Helmholtz-Institut Mainz bietet den Forschenden in dieser besonderen Kooperation ein Umfeld, um Spitzenleistungen zu ermöglichen. Ich bin daher hocherfreut und stolz, dass diese großartige wissenschaftliche Leistung mit dem Erwin-Schrödinger-Preis geehrt wird, und übermittle allen beteiligten Forschenden meine Glückwünsche.“

„Die beeindruckende Forschungsarbeit dieses internationalen Gewinnerteams zeigt erneut, was Wissenschaft bewegen kann, wenn sie über Disziplinen hinweg und Landesgrenzen hinaus zusammenarbeitet“, sagt Otmar D. Wiestler, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft. „Die enorme Verstärkung der Magnetresonanzsignale stellt eine entscheidende Verbesserung für den medizinischen Anwendungsbereich dar. Ich gratuliere den Preisträgerinnen und Preisträgern sehr herzlich.“

„Dem international besetzten Forschungsteam ist es herausragend gelungen, Expertise aus den verschiedenen Bereichen der Naturwissenschaften erfolgreich zusammenzubringen“, sagt Michael Kaschke, Präsident des Stifterverbandes. „Mit diesem hochengagierten, interdisziplinären Ansatz konnte die Analytik in der Magnetresonanztomographie für Medizin und Forschung auf entscheidende Weise verbessert werden. Genau diese herausragenden Projekte wollen wir mit diesem Preis würdigen und sichtbar machen.“

Mit dem Erwin-Schrödinger-Preis würdigen Helmholtz und der Stifterverband gemeinsam herausragende wissenschaftliche Leistungen. Der Preis soll in besonderer Weise die interdisziplinäre Forschung honorieren, die in Grenzgebieten zwischen verschiedenen Fächern der Medizin, Natur- und Ingenieurwissenschaften erzielt worden sind und an denen Vertreter mindestens zweier Fachrichtungen mitgewirkt haben.

Weitere Informationen:

https://www.gsi.de/start/aktuelles/detailseite/2022/02/16/esp2021