Et naturligt stof fra kroppens egen kemi er nu blevet til kontrastmiddel i MR-scanninger. Med én enkelt dosis kan forskerne både se den hurtige blodgennemstrømning og den langsomme fordeling i organerne. Resultatet er mere skånsomme og mere detaljerede undersøgelser, som DTU-forskere sammen med spanske kolleger nu har vist i levende billeder.
En bedøvet laboratorierotte ligger klar i lejet af en MR-scanner, der kan lave tydelige billeder af dyrets indre organer. En tynd kanyle i halen fører det nye kontrastmiddel, 15N,d9-betaine, ind i blodbanen. På skærmen foran forskerne toner organerne frem i klare konturer. Først ses de hurtige strømme gennem blodkarrene, dernæst den langsomme fordeling i vævet. Selv efter et kvarter er signalet stærkt. Tidligere ville det kræve gentagne scanninger med forskellige kontrastmidler.
Metoden er udviklet af ph.d.-studerende Ingeborg Sæten Skre og professor Mathilde Hauge Lerche ved Center for Hyperpolarisering i Magnetisk Resonans på DTU Health Tech i samarbejde med kolleger i ind- og udland. Resultaterne blev publiceret i tidsskriftet Science Advances tidligere i år og er første gang, betain er blevet brugt som kontrastmiddel til levende billeder.
“Vi har udviklet et nyt kontrastmiddel, der kan følge kroppens processer både kort efter og længe efter injektion. Det giver en ny mulighed for at undersøge organfunktion og sygdomsprocesser mere skånsomt og detaljeret end før,” siger Ingeborg Sæten Skre.
Sådan virker den nye MR-metode
MR-scannere bruger kraftige magneter og radiobølger til at lave billeder af kroppens indre uden stråling. For at få tydelige billeder af blodgennemstrømning eller af, hvordan et stof fordeler sig, tilsætter man et kontrastmiddel. I dette studie er kontrastmidlet betain – et naturligt stof, kroppen selv danner, og som også findes i kosten. Det hjælper cellerne med at holde balancen mellem væske og salte og spiller en central rolle i leverens stofskifte, hvilket gør det oplagt at følge i kroppen.
For at gøre betain tydeligt nok til scanningen giver forskerne det et energiboost, før det sprøjtes ind. Det sker i et særligt apparat, hvor stoffet køles ned til meget lave temperaturer og udsættes for et kraftigt magnetfelt. Så begynder atomkernerne at svinge i takt – og signalet bliver mange gange stærkere end normalt.
Denne proces kaldes hyperpolarisering, og effekten varer længe nok til, at forskerne kan tage en serie billeder, der fanger både det, der sker lige efter injektionen, og det, der udfolder sig hen over de næste mange minutter.
Fra laboratorieidé til klare billeder
Forskerteamet arbejdede med en særlig form af betain, 15N,d9-betaine, som er kemisk justeret, så det holder på MR-signalet i længere tid end almindelige kontrastmidler. Det første skridt var at fremstille stoffet i en stabil kvalitet, der kan tåle hyperpolariseringen. Dernæst finjusterede de selve scanningssekvenserne. Timingen skulle være præcis, så både den hurtige blodgennemstrømning og den langsomme fordeling i organerne kunne registreres.
“Det var teknisk krævende at få tilstrækkeligt stærkt signal til både de hurtige og de sene billeder,” siger Ingeborg Sæten Skre. Hun og kollegerne oplevede, at signalet holdt i kroppen i mere end 14 minutter – langt længere end de ^13C-baserede kontraststoffer, der typisk mister styrken efter 1–2 minutter. Dermed kunne hele forløbet følges fra første passage i blodbanen til ophobningen i vævet.
For at udnytte den lange signallevetid delte forskerne dosis i to. Først tog de lynhurtige billeder – ét hvert sekund – så blodets indløb kunne ses i realtid. Derefter fulgte en serie billeder med længere mellemrum, som viste, hvordan stoffet langsomt fordelte sig i organerne. Til sidst supplerede de med højopløselige billeder. Alt sammen i ét samlet forløb, som før krævede flere stoffer eller flere scanninger.
“For os var det en stor tilfredsstillelse at se, at vi kunne samle hele forløbet i én scanning,” siger Ingeborg Sæten Skre. “Det giver helt nye muligheder for, hvordan vi kan bruge teknikken fremover.”
Fra rotter til scanning af patienter
En ting er at udvikle en metode. En anden er at afdække, hvad den kan bruges til. Her tegner der sig nu et væld af muligheder, der spænder fra detaljerede studier af organfunktion i laboratoriet til tidlig opsporing af sygdom hos patienter.
I laboratoriet kan 15N,d9-betaine bruges til at undersøge, hvordan nyrer, lever, hjerte og hjerne håndterer væskebalance og stofskifte over tid. Klinisk kan teknikken på sigt blive et værktøj til at opdage tidlige tegn på sygdomme, hvor betain spiller en rolle – fx nyresygdom, fedtlever og visse stofskiftesygdomme. Det gør metoden relevant for nogle af de store folkesygdomme.
Metoden kan både vise de tidlige ændringer i blodbanen og den langsomme fordeling i organerne – alt sammen fra samme dosis. Det betyder, at læger kan få både det akutte billede og data til opfølgning i én scanning, uden at patienten skal igennem flere indgreb. Det kan betyde mindre belastning for patienterne, hurtigere svar og bedre mulighed for at justere behandlingen undervejs.
Lang vej fra forsøg til hospital
Selv med de lovende resultater fra rotteforsøgene er vejen til brug i klinikken lang. Når en ny scanningsteknik skal anvendes på mennesker, er der mange trin, der skal gennemføres. Først skal forskerne vise, at de billedmønstre, de ser i dyrene, også kan genfindes i mere avancerede sygdomsmodeller. Derefter skal metoden afprøves i små, nøje overvågede forsøg med patienter.
Det kræver, at forskerne på forhånd har et klart billede af, hvad teknikken kan, og hvor dens grænser går. For selv om den nye metode viser, hvordan betain fordeler sig i kroppen over tid, siger den ikke noget om de biokemiske mekanismer bag forandringerne. Metoden kræver desuden en hyperpolariseringsenhed tæt på scanneren, og det udstyr findes endnu ikke på alle hospitaler. Der er også vigtige forskelle mellem rotter og mennesker, som kalder på flere forsøg, før man kan gå videre.
“Vi skal være sikre på, at de billeder, vi ser i dyreforsøgene, også kan omsættes til brug for patienter,” siger Ingeborg Sæten Skre.
Hvad forskerne vil teste nu
Forskerne arbejder allerede på at afprøve teknikken i modeller for nyre- og leversygdom, netop der hvor betain spiller en central rolle i kroppens regulering. Målet er at vise, at metoden kan bruges til at opdage ændringer i organfunktion tidligt i forløbet og til at følge behandlingsrespons. På længere sigt er ambitionen at indgå i kliniske studier, hvor teknikken kan blive en del af et mere målrettet og biologisk relevant billeddiagnostisk arsenal.
“Hvis metoden viser samme styrke i mennesker som i dyreforsøg, kan den bane vej for en ny generation af MR-undersøgelser: skånsomme, men præcise,” siger Ingeborg Sæten Skre
Til forskel fra de ^13C-baserede kontraststoffer, der kun giver et kort vindue på et par minutter, kan 15N,d9-betaine fastholde signalet i over et kvarter.
“Det giver læger et langt mere detaljeret indblik i organers tilstand – uden gentagne scanninger og uden ekstra belastning for patienten. Det er netop det, forskerne nu vil teste i de næste studier,” siger Ingeborg Sæten Skre.
For de to forskere er visionen klar: at 15N,d9-betaine kan blive et specialværktøj, der udvider mulighederne for at forstå og overvåge sygdomme på en måde, vi ikke har kunnet før.
