Franz Pfeiffer wird Carl-von-Linde-Senior-Fellow am IAS

2015-01-23 – Nachrichten aus dem Physik-Department

Das Institute for Advanced Study (IAS) der TUM verleiht Professor Franz Pfeiffer ein Carl-von-Linde-Senior-Fellowship. Pfeiffer möchte während des Fellowships einen neuartigen Prototypen zur Röngtgen-Computer-Tomographie (CT) entwickeln: eine Hochskalierung der jüngsten Fortschritte in der Dunkelfeld-Röntgenbildgebung von In-vivo-Untersuchungen an Kleintieren zu ersten klinischen Studien an Menschen. Die neue Methode verspricht Röntgenaufnahmen mit besserem Detailkontrast und könnte daher die frühere Diagnose und Behandlung von wichtigen Krankheiten wie Lungenemphyseme oder Krebs ermöglichen.

Professor Franz Pfeiffer

Mit konventionellem Röntgen-CT erhält man Bilder (Schnitte) oder 3D-Darstellungen, die auf der unterschiedlichen Röntgentransmission von verschiedenen Gewebe- und Knochenstrukturen basieren. Die neuartige Methode der Dunkelfeld-Bildgebung – die in Pfeiffers Arbeitsgruppe entwickelt wird – führt zu deutlich verbessertem Kontrast und Empfindlichkeit in der Röntgenbildgebung.

Da sowohl die Wellenlänge als auch die Wechselwirkung mit Materie für sichtbares Licht und Röntgenstrahlung völlig unterschiedlich sind, ist die experimentelle Umsetzung dieses Verfahrens für Röntgenlicht deutlich herausfordernder als in der optischen Mikroskopie. Pfeiffers Lösung liegt in einem bildgebenden Interferometer, das drei Beugungsgitter verwendet – ein tief reichendes technisches Problem, wenn man die kleinen Wellenlängen der Röntgenstrahlen berücksichtigt und an die großflächigen Aufnahmen denkt, die für medizinische Anwendungen benötigt werden.

Entwicklung des ersten klinischen Dunkelfeld-CT-Prototypen

Da mit diesen neuen Techniken bereits Mäuse in vivo und mit einzigartigem Detail untersucht werden, wird Franz Pfeiffer das Fellowship-Programm nutzen, um die verbliebenen technischen und konzeptionellen Herausforderungen zu überwinden und einen ersten klinischen Dunkelfeld-Tomographen für die medizinische Diagnose am Menschen zu entwickeln. Die klinische Anwendung der Methode weckt die Hoffnung, für eine Reihe von Lungenerkrankungen eine frühere Erkennung, Diagnose und Behandlung zu erreichen.

Die Forschungsarbeiten werden in einer interdisziplinären Zusammenarbeit von Physik und Medizin durchgeführt, an der im Rahmen des Exzellenzclusters “Munich-Centre for Advanced Photonics” (MAP) neben dem Physik-Department auch das Klinikum Großhadern, das Klinikum rechts der Isar und das Helmholtz-Zentrum München beteiligt sind.

Carl-von-Linde-Senior-Fellowships an der TUM

Das IAS vergibt maximal zwei Carl-von-Linde-Senior-Fellowships pro Jahr an herausragende TUM-Professoren, die “innovative, riskante Forschungsthemen entwickeln wollen, die möglichst in einem interdisziplinären Team entstehen.”

TUM-IAS Fellowships dauern drei Jahre und bieten die Gelegenheit, die Arbeitskraft voll einem neuen Forschungsgebiet zu widmen ohne dabei durch Lehrverpflichtungen oder irrelevante Verwaltungsaufgaben behindert zu werden. Der Fellow kann das Fellowship hierbei frei nach seinen Bedürfnissen planen.

Erste in-vivo präklinischen Absorptions- und Dunkelfeld-CT-Aufnahmen von Lungenkrankheiten an Mausmodellen. Links: zusammengesetztes Bild aus Absorptions- und Dunkelfeld-3D-Aufnahme, bei der das Lungensignal farbkodiert über dem konventionellen grauen CT-Bild liegt. Kleinere Bilder: Tomographische Schnitte (überlagerte Bilder) einer gesunden Referenzmaus, einer Maus mit Lungenemphyseme und einer Maus mit Lungenfibrose. Die Bilder wurden mit einer geringen kleintierverträglichen Gesamtdosis von ~300 mGy aufgenommen.

Redaktion

Dr. Johannes Wiedersich