Chemie der biomedizinischen Bildgebung für Physiker
Chemistry in Biomedical Imaging for Physicists

1.     Einführung in die biomedizinische Bildgebung

2.     Einführung in die chemischen Grundlagen der Kontrastmittelchemie

3.     Chemische Methoden zur Markierung und Biokonjugation

4.     Kontrastmittel für Computer Tomographie (CT)

5.     Auf Nanopartikel basierende Kontrastmittel für CT

6.     Kontrastmittel für Magnetresonanztomographie (MRT)

7.     Auf Nanopartikel basierende Kontrastmittel für MRT

8.     Kontrastmittel für Positronen-Emissions-Tomographie I (PET I)

9.     Kontrastmittel für PET II

10.   Kontrastmittel für Mikroskopie Techniken

11.   Kontrastmittel für Fluoreszenzmikroskopie

12.   Immunofluoreszenz Techniken

13.   Multimodale Bildgebung, zukünftige Modalitäten und Techniken

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage:

1. die Grundlagen der diskutierten biomedizinischen Bildgebungsverfahren (Computer Tomographie, mikroskopische Techniken, Magnetresonanztomographie und Positronen-Emissions-Tomographie) anzuwenden, um chemische Eigenschaften der genutzten Kontrastmittel herzuleiten;

2. die biomedizinischen Bildgebungsverfahren zu identifizieren, die durch spezifische Kotrastmittel adressiert werden;

3. chemische Strukturen, Eigenschaften und Strategien zu analysieren, welche im Zusammenhang mit der biomedizinischen Bilgebung in Klinik und Forschung stehen. 

Keine zwingend nötigen Vorraussetzungen sind erforderlich. Elementares chemisches Verständnis aus dem Physikbachelor ist hilfreich.

In der Vorlesung werden chemische Grundlagen eingeführt und erläutert, welche zum Verständnis der Funktionsweise von Kontrastmitteln in biomedizinischen Bildgebungsverfahren benötigt werden. Im weiteren Verlauf der Vorlesung finden diese dann bei der Erarbeitung der jeweiligen Kontrastmittelchemie der einzelnen biomedizinischen Bildgebungsverfahren ihre Anwendung.

Während der Vorlesung veranschaulichen Experimente sowie makroskopische Anschauungsmaterialien (z. B. Molekülmodelle, etc.)  die beschriebene Theorie. Interaktive Diskussionen mit und unter den Studierenden werden in Einzel- und Gruppenarbeiten angeregt, um zum Einen gemeinsam Wissen zu erarbeiten und zu präsentieren und zum Anderen das gerade Erlerte zu wiederholen und anzuwenden. Dabei kommen verschiedene Methoden  wie z. B. begleitende Arbeitsblätter und interaktive online Quiz zum Einsatz.

Die Vorlesungsunterlagen enthalten Lehrbuchempfehlungen und Literaturhinweise, die den Einstieg in die eigenständige Literaturrecherche fördern sollen. Die Studierenden werden dabei angeleitet, die in der Vorlesung vorgestellten Inhalte, durch derartige Recherche selbständig zu vertiefen. Zusätzlich zum Vorlesungskript werden die Lernergebnisse der individuellen Vorlesungseinheit in tabellarischer Form über die verschiedenen Taxonomien (Wissen nennen, verstehen, anwenden, analysieren, evaluieren und kreieren) aufgezeigt und durch Beispielfragen belegt. Auf diese Weise werden die Studierenden auf die abschließende Modulprüfung hingeführt.

Powerpoint Präsentation

Interaktives Online-Quiz

Whiteboard

Interaktive Diskussionen

Lehrbuch/wissenschaftliche Journalartikel

Arbeitsblätter

1. N. J. LongandW.-T.Wong,Thechemistryofmolecularimaging.2015,Hoboken,New Jersey:Wiley.

2. H. Y. Chen,M. M.Rogalski,andJ. N.Anker,AdvancesinfunctionalX-rayimaging echniquesandcontrastagents.PhysicalChemistry

    ChemicalPhysics,2012.14(39):p.13469-13486.

3. H. Lusicetal.,X-raycomputedtomographycontrastagentsforcartilageimaging.Abstracts ofPapersoftheAmericanChemicalSociety,

    2012.244.

4. N. Lee,S. H.Choi,andT.Hyeon,Nano-SizedCTContrastAgents.AdvancedMaterials, 2013.25(19):p.2641-2660.

5. N. J. Pelc,RecentandFutureDirectionsinCTImaging.AnnalsofBiomedicalEngineering, 2014.42(2):p.260-268.

6. Y. L. Liu,K. L.Ai,andL. H.Lu,NanoparticulateX-rayComputedTomographyContrast Agents:FromDesignValidationtoinVivo

    Applications.AccountsofChemicalResearch,2012.45(10):p.1817-1827.

7.V. ShirshahiandM.Soltani,Solidsilicananoparticles:applicationsin

    molecular imaging.Contrast Media & Molecular Imaging, 2015.10(1):p.117.

8. S. I. Ziegler,Positronemissiontomography:Principles,technology,andrecent developments.NuclearPhysicsA,

    2005. 752:p.679C-687C.

9. M. BraddockandRoyalSocietyofChemistry(GreatBritain),Biomedicalimaging – The chemistryoflabels,probesand

    contrast agents,inRSCdrugdiscovery.2011,Royal SocietyofChemistry,:Cambridge.p.1onlineresource(1v.).

10. L. Helm,A. E.Merbach,andE.v.Tóth,Thechemistryofcontrastagentsinmedicalmagnetic resonanceimaging.Secondedition/ed.

      2013, Hoboken,NJ:JohnWiley&SonsInc.

11. D.  W.  Townsend,Multimodalityimagingofstructureandfunction.PhysicsinMedicineand Biology,2008.53(4):p.R1-R39.

Es findet eine mündliche Prüfung von 25 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Fallbeispielen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Warum wird Gadolinium bei der MRT Kontrastmittel-Entwicklung verwendet?
• Überprüfen sie die chemischen Strukturen auf dem bereit gestellten Arbeitsblatt und weisen sie jeder Substanz eine biomedizinische Bildgebungstechnik zu.
• Welches Kontrastmittel ist die beste Wahl? Diskutieren sie Fragestellung anhand der bereit gestellten Tabelle.