Anbei finden Sie unsere laufenden und abgeschlossenen Drittmittelprojekte.
Laufende Projekte
DFG Forschergruppe „mitarget"
Projekt:
https://www.mitarget.org/
Förderempfänger / Principal Investigator:
Prof. Dr. Jan-Bernd Hövener
Sprecher:
Prof. Dr. Andre Franke
Laufzeit:
Erste Förderperiode 2019 - 2023
Zweite Förderperiode 2024 – 2028
miTarget wird für weitere vier Jahre von der DFG mit insgesamt knapp 6,1 Millionen Euro gefördert. Nach einer sehr erfolgreichen ersten Förderphase wartet miTarget" nun mit neuen innovativen Projekten auf, die an den Erfolg der ersten vier Jahre anknüpfen. In der zweiten Phase wird sich die Forschungsarbeit auf die mechanistische Validierung der bisherigen Erkenntnisse und deren Umsetzung in die klinische Praxis konzentrieren. Beteiligt sind vor allem Wissenschaftler des Instituts für Klinische Molekularbiologie und des Instituts für Experimentelle Medizin der Universität Kiel sowie des Max-Planck-Instituts in Plön und des Helmholtz Zentrums München.
Wir sind nicht alleine – ganz im Gegenteil: Abermilliarden Baktieren bevölkern den Menschen, helfen oder machen krank. Diese Mitbewohner, das Mikrobiom, besser zu verstehen und für die Behandlung von chronischen Darmerkrankungen einzusetzen ist das Ziel der Forschergruppe mitarget. Unser Ziel in mitarget ist es, das Mirkobiom sichtbar zu machen – wo sind Bakterien überhaupt, und welchen Stoffwechsel machen sie.
Die Muster der Dysbiose des Darmmikrobioms bei Patienten mit entzündlichen Darmerkrankungen sind in den veröffentlichten Studien uneinheitlich, was wahrscheinlich auf die Heterogenität der Krankheit und die Tatsache zurückzuführen ist, dass Patienten, die an Forschungsstudien teilnehmen, häufig behandelt werden und sich in Remission befinden. Daher sind mehr Mikrobiomstudien bei "frühen" (inzidenten) Patienten, die nicht behandelt werden, und bei Hochrisikopatienten erforderlich. Darüber hinaus muss das Mikrobiom-Feld von Assoziations- zu eher mechanistischen Studien übergehen, um die tatsächlichen Funktionen zu verstehen und auch die Assoziationen, die als Hypothesen dienen, zu beweisen.
miTarget is being funded by the DFG for a further four years with a total of almost 6.1 million euros. After a very successful first funding phase, "miTarget" is now coming up with new innovative projects that build on the success of the first four years. In the second phase, research work will focus on the mechanistic validation of previous findings and their implementation in clinical practice. Scientists from the Institute of Clinical Molecular Biology and the Institute of Experimental Medicine at Kiel University, the Max Planck Institute in Plön and the Helmholtz Zentrum München are the main participants.
Patterns of gut microbiome dysbiosis in patients with inflammatory bowel diseases are inconsistent among published studies, probably owing to the heterogeneity of the disease and given the fact that patients enrolled in research studies are often treated and in remission. Therefore, more microbiome studies in “early” (incident) patients that are treatment-naïve and in high-risk individuals are needed. In addition, the microbiome field has to move from association to rather mechanistic studies in order to understand the actual functions and to also prove the associations that serve as hypotheses.
DFG Transregio "BULK reaction“
Förderer:
DFG - GEPRIS - TRR 287: BULK-REACTION - Reacting and moving granular assemblies with gas flow
Projekt:
https://bulk-reaction.de/
Förderempfänger / Principal Investigator:
Prof. Dr. Jan-Bernd Hövener
Sprecher:
Prof. Dr.-Ing. Viktor Scherer
Laufzeit:
2020 - 2024
Reagierende, dichte Partikelsysteme bilden die Grundlage für eine Vielzahl von Prozessen und sind in den unterschiedlichsten Industriezweigen zu finden (z.B. für Energiespeicherlösungen; thermische Nutzung fester Biomasse; Behandlung von Schüttgütern in der Prozess-, Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie). BULK-REACTION kombiniert die Methoden und das Know-how aus der reaktiven Strömungsmechanik mit der Partikeltechnologie und schafft eine Verbindung zwischen dreidimensionaler Simulation und Messtechnik, die von mikroskopischen Poren im Inneren von Partikeln über die Hohlräume zwischen Partikeln bis hin zu kompletten Systemen im industriellen Maßstab reicht. Auf diese Weise wird es möglich, die Phänomene, die chemisch reagierende Schüttgüter steuern, in einem bisher nicht gekannten Detailgrad in Raum und Zeit zu analysieren. BULK-REACTION wird die wissenschaftliche Grundlage für neue Produkte, Reaktorkonzepte und Prozesskettenentwürfe bilden, die es ermöglichen, die Parameter der Produktqualität genau vorherzusagen, die Energieeffizienz zu verbessern und die CO2-Emissionen in diesen wichtigen Teilprozessen der Prozessindustrie zu verringern.
Reacting, dense particle systems form the basis of a multitude of processes and are present in a wide variety of industrial sectors (e.g. for energy storage solutions; thermal use of solid biomass; treatment of bulk solids in process, chemical, pharmaceutical and food industry). BULK-REACTION combines the methods and expertise from reactive fluid mechanics with particle technology and creates a link between three-dimensional simulation and measurement techniques, ranging from microscopic pores inside particles, to the void spaces between particles, up to complete systems of industrial scale. In this manner, it becomes possible to analyse the phenomena controlling chemically reacting bulk solids at an unprecedented new level of detail in space and time. BULK-REACTION will form the scientific basis for new products, reactor concepts and process chain designs, leading to the possibility of precisely predict product quality parameters, to enhance energy efficiency and to reduce CO2 emissions in these important unit operations of process industries.
DFG Sachbeihilfe "PHIP-X“
Förderer:
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/537840895
Förderempfänger / Principal Investigator:
Prof. Dr. Jan-Bernd Hövener
Laufzeit:
2024 - 2027
Die Hyperpolarisierung von Kernspins ist ein äußerst interessantes Forschungsfeld, welches sich in den letzten Jahren rasant entwickelt hat. Bisher gibt es jedoch noch keine Methode, welche es erlaubt, Moleküle in Lösung einfach, schnell und generisch zu polarisieren; alle bekannten Hyperpolarisierungstechniken sind recht eng auf besondere Moleküle oder Aggregatzustände festgelegt (z.B. Gase, Festkörper, ungesättigte oder mit Ir-austauschende Verbindungen). Ein interessanter Ansatz, um dieses Problem zu adressieren, ist der Austausch von polarisierten Protonen. Dass diese Methode im Prinzip funktioniert, wurde bereits gezeigt - allerdings nur mit recht geringen Polarisationen, oder nach vergleichsweise langsamen Polarisierungen (DNP). Kürzlich haben wir eine neue Methode vorgestellt, welche es erlaubt, innerhalb weniger Sekunden austauschende Protonen hoch zu polarisieren. Hierbei wird die Spinordnung von para-Wasserstoff von einem Transfermolekül mittels Protonenaustausch auf ein drittes Molekül übertragen. Diese Methode kombiniert die Einfachheit und die hohen Polarisationsausbeuten von hydrogenativer, para-Wasserstoff-induzierter Polarisierung (PHIP) mit der breiten Anwendbarkeit des Polarisationsübertrags mittels Protonenaustausch.
The hyperpolarization of nuclear spins is an extremely interesting field of research that has developed rapidly in recent years. So far, however, there is no method that allows molecules in solution to be polarized simply, quickly and generically; all known hyperpolarization techniques are quite narrowly focused on particular molecules or states of matter (e.g. gases, solids, unsaturated or Ir-exchanging compounds). An interesting approach to address this problem is the exchange of polarized protons. It has already been shown that this method works in principle - but only with rather low polarizations, or after comparatively slow polarizations (DNP). We recently presented a new method that allows protons to be highly polarized within a few seconds. The spin order of para-hydrogen is transferred from one transfer molecule to a third molecule by proton exchange. This method combines the simplicity and high polarization yields of hydrogenative, para-hydrogen-induced polarization (PHIP) with the broad applicability of polarization transfer by proton exchange.
DFG Sachbeihilfe "Parawasserstoff-induzierte Hyperpolarisation von 13C-markierten Ketocarbonsäuren für medizinische Anwendungen: Synthese, Polarisationsübertragung, 13C-MR“
Förderer:
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/527469039
Förderempfänger / Principal Investigator:
Dr. Andrey Pravdivtsev
Laufzeit:
2023 - 2026
Die wohl wichtigsten 3D-Bildgebungsmodalitäten in der Medizin sind MRT und CT. Die MRT gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie ohne ionisierende Strahlung auskommt und die Visualisierung über die anatomische oder strukturelle Bildgebung hinaus ermöglicht. Anomalien in Stoffwechselprozessen sind oft zuverlässige Indikatoren für Krankheiten in sehr frühen Krankheitsstadien, bevor anatomische Veränderungen (z. B. Tumore) in der strukturellen Bildgebung sichtbar werden. Die MRT ist jedoch notorisch unempfindlich, und die Stoffwechselbildgebung erfordert ein noch höheres Signal-Rausch-Verhältnis als die rein anatomische Bildgebung. Die Hyperpolarisierung ist bisher wahrscheinlich der vielversprechendste Ansatz, um die Empfindlichkeit von NMR und MRT auf ein Niveau zu erhöhen, auf dem Zwischenprodukte in Stoffwechselwegen nachgewiesen und ihre Konzentration mit räumlicher Auflösung sichtbar gemacht werden können. Unter einer Fülle von Biomarkern sind α-Ketocarbonsäuren Schlüsselmoleküle, da sie Zwischenprodukte in Energiestoffwechselwegen wie dem Zitronensäurezyklus und der Glykolyse sind. Insbesondere die Umwandlung von Pyruvat in Laktat ist bekanntlich ein wichtiger Indikator für Krebs im Frühstadium (Warburg-Effekt). Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, die wissenschaftliche und technologische Grundlage für die molekulare und metabolische In-vivo-Bildgebung mittels MRT unter Verwendung der so genannten Parawasserstoff-induzierten Polarisationsmethode (PHIP) zu schaffen. Zu diesem Zweck werden wir eine kosteneffiziente Synthese von 13C- und 2H-markierten Vinylestern von Pyruvat und anderen Derivaten von α-Ketocarbonsäuren als Vorstufen für PHIP entwickeln (Ziel 1) und wir werden Hardware und PHIP-Experimente in intermediären Magnetfeldern für die skalierbare und bequeme Herstellung von Pyruvat und anderen α-Ketocarbonsäuren für die 13C-MRI entwerfen (Ziel 2). In-vivo-Experimente werden in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen unabhängig von diesem Projekt durchgeführt.
DFG Sachbeihilfe "2 phase PHIP“
Förderer:
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/469366436
Förderempfänger / Principal Investigator:
Dr. Andrey Pravdivtsev
Laufzeit:
2021 - 2024
Ziel des Projekts 2P-PHIP ist die Entwicklung eines kostengünstigen, eigenständigen Hyperpolarisationsreaktors mit kontinuierlichem Durchfluss für die Biochemie und künftige biomedizinische In-vivo-Anwendungen. Der Reaktor wird Parawasserstoff (pH2) verwenden, um Zielmoleküle zu hyperpolarisieren, was die Empfindlichkeit der Magnetresonanz (MR)-Bildgebung verbessern wird. Dies ermöglicht längere Aufnahmezeiten und größere Mengen an hyperpolarisierten Proben, was sowohl für die präklinische Forschung als auch für klinische Anwendungen von Vorteil sein wird. Der Reaktor wird eine neuartige zweiphasige pH2-induzierte HP-Technik verwenden, bei der der Katalysator in einer fluorierten Phase zurückgehalten wird, was die Extraktion hyperpolarisierter Substrate mit hoher Reinheit erleichtert. Der Reaktor kann sowohl bei ultraniedrigen als auch bei hohen Magnetfeldern eingesetzt werden, wodurch sowohl die überlegene spektrale Auflösung hoher Magnetfelder als auch die Kompatibilität niedriger Magnetfelder mit empfindlichen Implantaten genutzt werden kann. Im Rahmen des Projekts wird HP auch mit nicht-traditionellen Methoden untersucht, z. B. durch direkte Beobachtung mit SQUID-Instrumenten, und es werden Proof-of-Concept-Experimente an biologischen Proben durchgeführt. Das Ergebnis des 2P-PHIP-Projekts wird ein vielseitiger, pH2-basierter Polarisator sein, der die MR-Bildgebung für In-vivo-Anwendungen revolutionieren wird.
The 2P-PHIP project aims to develop a cost-effective, stand-alone continuous flow hyperpolarization reactor for biochemistry and future in vivo biomedical applications. The reactor will use parahydrogen (pH2) to hyperpolarize target molecules, which will enhance the sensitivity of magnetic resonance (MR) imaging. This will allow for longer acquisition times and larger quantities of hyperpolarized samples, which will be beneficial for both preclinical research and clinical applications. The reactor will use a novel two-phase pH2 induced HP technique with the catalyst retained in a fluorinated phase, which will facilitate the extraction of hyperpolarized substrates with high purity. The reactor can be used at ultra-low or high magnetic field MRI, enabling the use of both the superior spectral resolution of high magnetic fields and the compatibility of low magnetic fields with sensitive implants. The project will also investigate HP using non-traditional methods, such as direct observation using SQUID instrumentation, and conduct proof-of-concept experiments on biological samples. The outcome of the 2P-PHIP project will be a versatile, pH2-based polarizer that will revolutionize MR imaging for in vivo applications.
DFG Exzellenzcluster "precision medicine in inflammation"
Förderer:
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/390884018?language=en
Projekt:
https://www.precisionmedicine.de/en/
Förderempfänger / Principal Investigator:
Prof. Jan-Bernd Hövener
Sprecher:
Prof. Schreiber
Der Exzellenzcluster "Precision Medicine in Chronic Inflammation" (PMI) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wird als einer von 57 Forschungsverbünden im Rahmen der Exzellenzstrategie von 2019 bis 2025 mit insgesamt 51 Millionen Euro gefördert. PMI ist eine Forschungsinitiative, die sich auf chronisch-entzündliche Erkrankungen der Barriereorgane konzentriert. Sie zielt darauf ab, durch interdisziplinäre Zusammenarbeit und klinische Forschungsinfrastruktur Strategien der Präzisionsmedizin zu entwickeln. Die Mitglieder des PMI wollen eine Präzisionsmedizin bei chronischen Entzündungen etablieren, die die Individualität des Menschen und seiner Umwelt berücksichtigt. Klinische Studien und Translation stehen dabei im Mittelpunkt - die Ergebnisse der Grundlagenforschung sollen so schnell wie möglich vom Labor ins Krankenbett übertragen werden. Das Projekt stützt sich auf starke regionale Forschungskooperationen und verfügt über ein strukturiertes Ausbildungsprogramm für junge Forscher. Das PMI setzt sich für die Gleichstellung der Geschlechter ein und strebt bis 2025 einen Frauenanteil von 50 % unter den leitenden Forschern an.
The German Research Foundation (DFG) Cluster of Excellence "Precision Medicine in Chronic Inflammation" (PMI) is being funded with a total of €51 million from 2019 to 2025 through the German Excellence Strategy as one of 57 collaborative research networks. PMI is a research initiative focused on chronic inflammatory diseases of barrier organs. It aims to develop precision medicine strategies through interdisciplinary collaboration and clinical research infrastructure. The members of the PMI want to establish precision medicine in chronic inflammation, which takes the individuality of a person and their environment into account. Clinical studies and translation are at the core of this work - fundamental research results should be transferred as quickly as possible from bench to bedside. The project is based on strong regional research collaborations and has a structured training program for young researchers. PMI is committed to gender equality and aims to reach a 50% representation of women among its principal investigators by 2025.
BMBF hyperquant
Förderer:
BMBF, WIR! BlueHealthTech: Translation innovativer Bildgebung und Visualisierung für die Wirksamkeit mariner Extrakte (hyperquant), https://bluehealthtech.de/projekte/hyperquant/
Link zum Projekt:https://www.hyperquant.de/
Förderempfänger / Principal Investigator:
Prof. Jan-Bernd Hövener, Prof. Olav Jansen, Dr. Sanjay Tiwari und Dr. Tom Kwasnitschka
Sprecher:
Prof. Jan-Bernd Hövener
Laufzeit:
2022-2025
Die Messung der Wirksamkeit ist ein Schlüsselelement bei der Medikamentenentwicklung, jedoch mit großem Aufwand verbunden. Essenzielle Parameter wie die lokale Wirkung oder der Stoffwechsel sind derzeit nicht oder nur durch invasive Tierstudien verfügbar. Das Projekt „hyperquant“ entwickelt neue Methoden zur nichtinvasiven Messung und Visualisierung des Stoffwechsels, der Lungenfunktion und der Wirkstoffverteilung mittels hyperpolarisierter MRT, die auch für den Menschen angewendet werden können. Dabei werden Moleküle magnetisch markiert, sodass die im Körper beobachtet werden können, ohne Gewebe zu verletzen oder Instrumente in den Körper einführen zu müssen. Auf diese Weise können Krankheiten wie Krebs oder Entzündungen frühzeitig erkannt und die Wirkung maritimer Extrakte auf Stoffwechsel und Gewebe exakter gemessen werden. Das Projekt läuft von Dezember 2022 bis November 2025 unter der Leitung von Prof. Jan-Bernd Hövener, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Das Projekt kombiniert die Expertise zur Hyperpolarisierung der Sektion für Biomedizinische Bildgebung mit denVisualisierungsmöglichkeiten des GEOMAR, der präklinischen Bildgebung des Molecular Imaging North Competence Center (MOINCC) sowie den klinischen Studien der Radiologie im Universitätsklinikum Schleswig-Holstein.
Measuring efficacy is a key element in drug development, but involves a great deal of effort. Essential parameters such as the local effect or metabolism are currently not available or only available through invasive animal studies. The "hyperquant" project is developing new methods for the non-invasive measurement and visualization of metabolism, lung function and drug distribution using hyperpolarized MRI, which can also be used for humans. Molecules are magnetically marked so that they can be observed in the body without damaging tissue or having to insert instruments into the body. In this way, diseases such as cancer or inflammation can be detected at an early stage and the effect of marine extracts on metabolism and tissue can be measured more precisely. The project will run from December 2022 to November 2025 under the direction of Prof. Jan-Bernd Hövener, Kiel University. The project combines the expertise in hyperpolarization of the Section for Biomedical Imaging with the visualization capabilities of GEOMAR, the preclinical imaging of the Molecular Imaging North Competence Center (MOINCC) and the clinical studies of the Radiology Department at the University Medical Center Schleswig-Holstein.
BMBF MarPIM
Förderer:
BMBF: Marine Pilzbiotech zur frühzeitigen Bekämpfung metastasierender Melanome, https://bluehealthtech.de/projekte/marpim/
Förderempfänger / Principal Investigator:
Dr. Sanjay Tiwari, Prof. Dr. Deniz Tasdemir, Prof. Dr. Andreas Tholey, Dr. Levent Piker
Sprecher:
Prof. Deniz Tasdemir
Laufzeit:
2023 - 2026
Das metastasierende maligne Melanom, eine aggressive Tumorart, stellt eine große Herausforderung in seiner medizinischen Behandlung dar. Heutige Therapien mit konventionellen Krebsmedikamenten sind oft wenig erfolgreich, insbesondere bei späten Diagnosen. Die 5-Jahres-Überlebensrate bei Metastasierung liegt bei nur 14 Prozent.
In Vorarbeiten der Forschungseinheit Marine Naturstoffchemie des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel wurden vielversprechende pilzliche Wirkstoffe identifiziert, die aus einem Symbionten der heimischen Braunalge gewonnen werden und toxisch auf Melanomzellen wirken. Damit eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten im Kampf gegen diese Krebsart.
Das Ziel des Projekts MarPiM ist es, die biotechnologische Produktion der marinen Wirkstoffe zu optimieren. Dabei sollen ausreichende Mengen der Wirkstoffe erhalten, die Wirkmechanismen auf molekularer Ebene mittels innovativer Methoden der miniaturisierten Proteomanalytik untersucht sowie Wirksamkeit durch moderne Bildgebungsverfahren im Tiermodell getestet werden.
Metastatic malignant melanoma, an aggressive type of tumor, poses a major challenge in its medical treatment. Today's therapies with conventional cancer drugs are often not very successful, especially with late diagnoses. The 5-year survival rate for metastasis is only 14 percent.
In preliminary work by the Marine Natural Product Chemistry research unit at the GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel, promising fungal agents were identified that are obtained from a symbiont of the native brown algae and have a toxic effect on melanoma cells. This opens up completely new possibilities in the fight against this type of cancer.
The aim of the MarPiM project is to optimize the biotechnological production of marine active ingredients. The aim is to obtain sufficient quantities of the active ingredients, investigate the mechanisms of action at molecular level using innovative methods of miniaturized proteome analysis and test efficacy using modern imaging techniques in animal models.
BMBF TRY-IBD
Förderer:
BMBF Junioverbünde: TRY-IBD - Multi-dimensionale Auflösung des Tryptophan-abhängigen Immunmetabolismus als neues pathophysiologisches Prinzip bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen, https://www.gesundheitsforschung-bmbf.de/de/try-ibd-multi-dimensionale-auflosung-des-tryptophan-abhangigen-immunmetabolismus-als-neues-10068.php
Förderempfänger / Principal Investigator:
Dr. Andrey Pravdivtsev, Dr. Christoph Ogris, Dr. Konrad Aden, Dr. Danielle Harris
Sprecher:
Dr. Konrad Aden
Laufzeit:
2019 - 2025
Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen sind ein wachsendes medizinisches Problem industrialisierter Gesellschaften. Sie betreffen häufig jüngere Menschen, die sich in der Ausbildung oder früh im Arbeitsleben befinden und führen zu einem erheblichen Leidensdruck und Verlust der Lebensqualität. Obwohl sich die Diagnostik stetig verbessert und mittlerweile verschiedene gezielte Therapieprinzipien (z.B. therapeutische Antikörper) zur Verfügung stehen, sind der Krankheitsverlauf und das Ansprechen auf ein bestimmtes Medikament bis heute für den einzelnen Patienten nicht vorhersagbar. Das Ziel dieses Teilprojektes ist die Entwicklung günstiger Methoden zur Hyperpolarisierung von MRT-Molekülen zur in-vivo Analyse des Tryptophanmetabolismus als ein neues Diagnostisches Mittel bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen. Basierend auf früheren Erkenntnissen über die Rolle des Tryptophanmetabolismus bei CED sollen hyperpolarisiertes Tryptophan und Nikotinamid (NAM) produzieren und in-vivo appliziert werden.
Chronic inflammatory bowel diseases are a growing medical problem in industrialized societies. They often affect younger people who are in education or early in their career and lead to considerable suffering and loss of quality of life. Although diagnostics are constantly improving and various targeted therapeutic principles (e.g. therapeutic antibodies) are now available, the course of the disease and the response to a particular drug are still unpredictable for individual patients. The aim of this subproject is to develop inexpensive methods for hyperpolarization of MRI molecules for in vivo analysis of tryptophan metabolism as a new diagnostic tool in chronic inflammatory bowel disease. Based on previous findings on the role of tryptophan metabolism in IBD, hyperpolarized tryptophan and nicotinamide (NAM) will be produced and applied in vivo.
EU HORIZON 2023 EIC "RESPONSE"
Sprecher:
Dr. Andrea Capozzi
Förderempfänger / Principal Investigator:
Prof. Jan-Bernd Hövener
Laufzeit:
2024 - 2027
Das dänisch-deutsch-israelische Verbundprojekt „Early detection of treatment response in breast cancer“ (deutsch: Früherkennung des Behandlungserfolgs bei Brustkrebs), kurz RESPONSE, wird von der Europäischen Union im Rahmen der EU-Horizon 2023 Förderlinie EIC Transition mit insgesamt 2,5 Millionen Euro gefördert. Beteiligt an dem Verbund sind die CAU, das UKSH, Campus Kiel, Dänemarks Technische Universität (Projektleitung, Dr. Andrea Capozzi), Kopenhagen, das Unternehmen Polarize, Kopenhagen (Prof. Jan Henrik Ardenkjaer-Larsen) und die Hadassah Medical Organization, Jerusalem, Israel (Prof. Rachel Katz-Brull). Ziel des Projekts ist es, mit quantenbasierten, magnetischen MRT-Kontrastmitteln Reaktionen des Stoffwechsels zu messen, lange bevor anatomische Veränderungen auftreten. Diese Technologie könnte potenziell zur Früherkennung des Therapieansprechens bei Brustkrebs angewendet werden.
The Danish-German-Israeli joint project "Early detection of treatment response in breast cancer", RESPONSE for short, is being funded by the European Union as part of the EU Horizon 2023 funding line EIC Transition with a total of 2.5 million euros. The CAU, the UKSH, Campus Kiel, the Technical University of Denmark (project leader, Dr Andrea Capozzi), Copenhagen, the company Polarize, Copenhagen (Prof. Jan Henrik Ardenkjaer-Larsen) and the Hadassah Medical Organization, Jerusalem, Israel (Prof. Rachel Katz-Brull) are involved in the network. The aim of the project is to use quantum-based magnetic MRI contrast agents to measure metabolic responses long before anatomical changes occur. This technology could potentially be used for the early detection of treatment response in breast cancer.
mAIPipes – Modulare AI-Imaging Pipelines
Förderer:
Staatskanzlei des Ministerpräsidenten Schleswig-Holsteins
Projekt:
-
Förderempfänger / Principal Investigator:
Prof. Dr. Claus-C. Glüer
Sprecher:
Prof. Dr. Claus-C. Glüer
Laufzeit:
2024-2025
mAIPipes (Modulare AI-Imaging Pipelines), gefördert durch die Staatskanzlei des Ministerpräsidenten Schleswig-Holsteins, sollen KI-Module entwickelt werden, die den Grundstock für eine KI-Methoden-Plattform mit KI-Modul-Register des i2Lab bilden. Im Zentrum steht dabei die Standardisierung von Programmierung, Schnittstellen und Dokumentation, die eine effiziente und effektive Entwicklung von KI-Pipelines für weitere künftige Anwendungszwecke ermöglicht.
Die Medizinische Fakultät der CAU, Kiel, die Radiologie des UKSH und das Land erhält somit eine KI-Plattform, um medizinische Diagnostik durch innovative KI-Ansätze zu verbessern. Nicht weniger wichtig, auch jenseits der Medizin, ist ein Team von Spezialisten mit hoher technologischer und Transfer Kompetenz in SH (lokale Expertise im Zukunftsfeld KI). Perspektivisch könnte der Aufbau des KI-Modul-Registers der KI-Methoden-Plattform auch die Bildgebungs- und Bildanalyse-Verfahren des MOIN CC durch eine künftige KI Core Unit ergänzen.
„Wir werden dabei KI-Lösungen für sechs bildbasierte Anwendungsprojekte entwickeln, fünf medizinische und, exemplarisch, ein nichtmedizinisches*“ sagt der Antragsteller und Leiter des i2Lab, der Sektion Biomedizinische Bildgebung und des MOIN CC, Professor Claus-C. Glüer (*Notfall/Intensivstation Diagnostik, Arteriosklerose, Frakturrisiko, Frakturheilung, Gewebestruktur-Analyse, Kulturlandschafts-Wandel). Die Anwendungsprojekte adressieren wesentliche Bedürfnisse in den jeweiligen Bereichen (direkter, projektbezogener Nutzen). Überdies wurden aber auch sechs übergeordnete Ziele ausgewählt (nachhaltiger, ökonomischer und gesellschaftlicher Nutzen).
Mit dem Projekt wird im Sinne der KI-Strategie des Landes Schleswig-Holstein die Kompetenz und Sichtbarkeit von KI-Forschungs- und Entwicklungsarbeit und KI-Teams am Standort Kiel nachhaltig gestärkt.
Das Intelligent Imaging Lab (i2Lab) entwickelt an der CAU in einem Team aus Physikern, Informatikern und Ingenieuren KI-Lösungen für Bildverarbeitung in der Medizin. Es gehört zur Sektion Biomedizinische Bildgebung (SBMI), die auch das MOIN CC betreibt, die Core Unit der CAU für medizinische und nichtmedizinische Bildgebung, 2010 als Kompetenzzentrum des Landes gegründet. Die Sektion versteht sich als Methodenentwicklerin und Mittlerin zwischen Grundlagenwissenschaftler*innen und Anwender*innen. Das KI-Team des i2Lab ist hier Bindeglied zwischen IT-Spezialist*innen und Mediziner*innen, essentiell für den Transfer von wissenschaftlich-technologischen Entwicklungen in die klinische Anwendung.
15N-HP-decay
Förderer:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Förderempfänger / Principal Investigator:
Dr. habil. Andrey Pravdivtsev
Laufzeit:
2024-2026
Die magnetische Kernspinresonanz wurde durch die Einführung der Hyperpolarisationstechnologie revolutioniert. Diese Technologie ermöglichte eine ausgezeichnete Empfindlichkeit der NMR-Spektroskopie im nmol/L Bereich sowie die MRT des in-vivo Stoffwechsels von hyperpolarisierten Tracern. Solche Tracer haben eine hohe Spezifität für diverse Krankheiten. Biochemische Studien legen nahe, dass es weit mehr Tracer mit vergleichbar hoher Spezifität für verschiedene Krankheiten geben muss. Solche Tracer waren bisher jedoch nicht für die MRT zugänglich. Wir haben festgestellt, dass einige von diesen Tracern auf mehr als 30% hyperpolarisiert werden können, hingegen nach dem Transfer vom Polarisator zum Ort der Messung keine Polarisation mehr vorhanden ist. Diese Wirkung wurde von uns z. B. für Nikotinamid (eine Form von Vitamin B3), Pyridin, Pyrazin und Metronidazol festgestellt. Wir fanden heraus, dass die Lebensdauer der Polarisation von 1-15N in Abhängigkeit von den physikalischen Bedingungen (pH-Wert, Temperatur und Magnetfeld) zwischen 2 und 100 Sekunden variiert. Neuere Daten aus der Literatur deuten darauf hin, dass der gleiche Effekt für Succinat und Fumarat bei niedrigen Magnetfeldern beobachtet wird. Daher können die Transportbedingungen der Probe den beobachteten Polarisationswert drastisch beeinflussen. Die schnelle Relaxation einiger Tracer wird als ein Grund gesehen, weshalb eine große Zahl vielversprechender Metabolite bisher keine (prä-)klinischen Anwendungen gefunden hat. Es gibt viele Gründe, warum die Relaxation während des Transports so schnell ist: paramagnetischen Verunreinigungen, schneller chemischer Austausch und starke Spin-Spin-Kopplung. Die Auswirkungen all dieser Gründe können durch Änderung des pH, der Temperatur und des Magnetfelds reduziert und kontrolliert werden. Allerdings müssen auch die Mechanismen einer solchen Relaxation zunächst gut verstanden werden, um sie effektiv verhindern zu können. Bemerkenswerterweise haben wir vor kurzem herausgefunden, dass einige Zusätze in der Lösung die Polarisation und ihre Lebensdauer erheblich (Faktor 10-100x) erhöhen können. In diesem Projekt werden wir zunächst neuartige 15N-markierte Tracer für die molekulare MRT synthetisieren (i), im Anschluss ein Magnetfeld-Zyklussystem für hochauflösende NMR konstruieren (ii), mit dem wir die 13C- und 15N-Lebensdauer der Hyperpolarisation in Abhängigkeit von pH-Wert, Magnetfeld, Temperatur oder chemischer Zusätze untersuchen können (iii). Diese Daten werden uns helfen, den Relaxationsmechanismus besser zu verstehen und ein Protokoll zu entwerfen, um eine ausreichende Polarisation mit Hilfe der neuartigen Zusätze zu erhalten. Und schließlich werden wir den Nutzen der 15N-Hyperpolarisation anhand von in-vitro und in-vivo Modellen bewerten (iv). Dieses Projekt zielt darauf ab, die Anwendbarkeit der Hyperpolarisationstechnologie durch das Verständnis einer der grundlegendsten Eigenschaften von Kernspins - der Kernspinrelaxation - zu verbessern.
Nuclear magnetic resonance was revolutionized when hyperpolarization technologies were introduced. Such technologies offered superior NMR spectroscopy with nmol/L sensitivity and magnetic resonance imaging of in vivo metabolism for polarized tracers. Such tracers have a high specificity to different diseases. Biochemical studies suggest that there must be many more tracers with a high specificity to a broad range of diseases. However, such tracers were not yet accessible for molecular MRI. We found that some of these tracers can be hyperpolarized to more than 30%, but no polarization was left after transfer from the polarizer to the imaging site. We found this effect, for example, in nicotinamide (a form of vitamin B3), pyridine, pyrazine, and metronidazole: the lifetime of the 1-15N polarization can vary in the range of 2 to 100 seconds depending on physical conditions: pH, temperature, and magnetic field. Recent data from the literature indicate that the same effect is observed for succinate and fumarate at low magnetic fields. Hence, sample transportation can drastically affect the observed polarization value. The fast relaxation of some tracers is part of the reason why many promising metabolites have not received (pre-)clinical applications so far. There are diverse reasons why the relaxation may be so rapid during transportation: interaction with paramagnetic impurities, rapid chemical exchange, or strong spin-spin interactions. Effects from all these contributions can be altered and controlled by changing pH, temperature, or magnetic field. In the first place, however, the mechanism of such relaxation must be well understood. Moreover, recently, we found that some additives can significantly, by a factor of 10-100x, increase the polarization and its lifetime. In this project, we will synthesize novel 15N labeled tracers for molecular MRI (i), and construct a magnetic field cycling system for high-resolution NMR (ii), which will enable us to investigate the 13C and 15N lifetime of the hyperpolarization as a function of pH, magnetic field, temperature, and chemical additives (iii). This data will help us better understand the relaxation mechanism and design a protocol to conserve valuable polarization using our novel additives. Finally, we will assess the utility of the 15N hyperpolarization by utilizing in vitro and in vivo models (iv). This project aims to improve the applicability of hyperpolarization technology by understanding the fundamental properties of nuclear spins – the nuclear spin relaxation.
Abgeschlossene Projekte
DFG Emmy Noether "Metablische und Molekulare MRT"
Förderer:
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/246504068?context=projekt&task=showDetail&id=246504068&
Förderempfänger / Principal Investigator:
Jan-Bernd Hövener
Laufzeit:
2014 - 2022
Unter klinischen Untersuchungsbedingungen nutzt die Magnetresonanz (MR) nur etwa drei Millionstel des theoretisch verfügbaren Signals (die Polarisation beträgt PB ≈ 3∙10-6). Obwohl ihr Potenzial kaum genutzt wird, ist die MR ein unverzichtbarer Bestandteil der modernen Medizin geworden. Dieser Antrag zielt darauf ab, mit neuen (Ziel 1) und etablierten (Ziel 2) Hyperpolarisationsmethoden dieses bisher ungenutzte Potenzial für biomedizinische Anwendungen zu erschließen. Dadurch könnten stark verbesserte und völlig neue Diagnoseverfahren entstehen. Ziel 1: Erforschung neuer Hyperpolarisationsmethoden. Wir haben kürzlich eine Methode vorgestellt, die es erlaubt, das Signal während der MR-Bildgebung kontinuierlich um mehrere Größenordnungen zu verstärken (ca. 100.000-fach, entsprechend einem Magnetfeld von >100 T). Für diese Bildgebungsmethode werden keine großen Magneten mehr benötigt, die für die hohen Kosten der konventionellen MRT maßgeblich verantwortlich sind. Wir werden diese Methode für biomedizinische Anwendungen weiter untersuchen. Ein mögliches Ergebnis wäre eine schnelle und hochauflösende In-vivo-Bildgebung von Tumoren mit kostengünstigen Niederfeld-MRT-Systemen, die keine besondere Infrastruktur erfordern (z. B. für den mobilen Einsatz). Ziel 2: Anwendung etablierter Hyperpolarisationsmethoden auf medizinische Fragestellungen. "Normale" Hyperpolarisationsverfahren ermöglichen es, das MR-Signal für einen bestimmten Zeitraum stark zu erhöhen. Im Gegensatz zu der in Ziel 1 beschriebenen Technik wurde die Methode zur Erzeugung einer einmaligen und vorübergehenden Signalverstärkung vom Antragsteller bereits entwickelt. Metabolische, funktionelle und gezielte Kontrastmittel stehen zur Verfügung und werden auf drei experimentelle Modelle angewandt, die an der Sektion Biomedizinische Bildgebung, UKSH und MOIN CC, CAU untersucht werden.
Under clinical examination conditions, magnetic resonance (MR) uses only about three millionths of the theoretically available signal (the polarization is PB ≈ 3∙10-6). Although its potential is barely utilized, MR has become an indispensable part of modern medicine. This application aims to use new (Objective 1) and established (Objective 2) hyperpolarization methods to tap this previously untapped potential for biomedical applications. As a result, greatly improved and completely new diagnostic methods could evolve. Objective 1: Research into new hyperpolarization methods. We have recently presented a method that allows the signal to be continuously amplified by several orders of magnitude during MR imaging (approx. 100,000 times, corresponding to a magnetic field of >100 T). This imaging method no longer requires large magnets, which are largely responsible for the high costs of conventional MRI. We will continue to study this method for biomedical applications. A possible result would be a fast and high-resolution imaging of tumors in-vivo with low-cost, low-field MRI systems that do not require any special infrastructure (e.g. for mobile use). Objective 2: Application of established hyperpolarization methods to medical issues. „Normal" hyperpolarization methods allow the MR signal to be greatly increased for a certain period of time. In contrast to the technique described in Objective 1, the method to produce a one-time and transient signal enhancement has already been established by the applicant. Metabolic, functional and targeted contrast agents are available and will be applied to three experimental models studied at the Biomedical Imaging Section, UKSH and MOIN CC, CAU.
DFG Sachbehilife "Langlebige Hyperpolarisierung", bilaterial mit Russland
Förderer:
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/409904993?context=projekt&task=showDetail&id=409904993&
Förderempfänger / Principal Investigator:
Jan-Bernd Hövener
Laufzeit:
Erste Förderperiode 2019 - 2023
Die moderne Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein beeindruckendes bildgebendes Verfahren für die medizinische Diagnose. Allerdings ist sie aufgrund der sehr geringen thermischen Polarisation der Kernspins auch sehr unempfindlich. Die direkte Messung von Biomolekülen und deren Stoffwechsel in vivo ist daher nur sehr eingeschränkt möglich. Mit Hilfe von Hyperpolarisationsverfahren kann das MRT-Signal nun um mehrere Größenordnungen verstärkt werden, so dass Stoffwechseluntersuchungen in Echtzeit (Sekunden) möglich sind. Ziel dieses deutsch-russischen Projekts ist es, eine neue Klasse von hyperpolarisierten Kontrastmitteln zu identifizieren, zu optimieren und anzuwenden, und zwar zu wesentlich geringeren Kosten als bisher. Die antragstellenden deutschen und russischen Forscher verfügen über mehr als 10 Jahre Erfahrung auf diesem Gebiet, was durch mehr als 60 Originalarbeiten zu diesem Thema belegt wird. Die russische Gruppe konzentriert sich auf chemische Aspekte, darunter die Synthese neuer isotopenangereicherter Moleküle, Hydrierungskatalysatoren und Reaktionsmechanismen. Die deutsche Gruppe hingegen konzentriert sich auf die physikalischen Aspekte, einschließlich der quantenmechanisch-theoretischen Beschreibung der Hyperpolarisation, der Entwicklung von Hyperpolarisationsinstrumenten, der Entwicklung von Spin-Ordnungstransfer-Pulssequenzen und In-vivo-MRT-Methoden. Ziel dieses gemeinsamen Projekts ist es, die auf Parawasserstoff basierenden Hyperpolarisationsmethoden SABRE und die neue Variante SABRE-RELAY entscheidend weiterzuentwickeln.
Modern magnetic resonance imaging (MRI) is an impressive imaging method for medical diagnosis. However, it is also very insensitive due to the very low thermal polarization of the nuclear spins. The direct measurement of biomolecules and their metabolism in vivo is therefore very limited. Hyperpolarization methods now allow the MRI signal to be amplified by several orders of magnitude, enabling metabolic imaging in real time (seconds). The aim of this German-Russian project is to identify, optimize and apply a new class of hyperpolarized contrast agents at a much lower cost than before. The applicant German and Russian researchers have more than 10 years of experience in this field, as evidenced by more than 60 original papers on this topic. The Russian group focuses on chemical aspects, including the synthesis of new isotope-enriched molecules, hydrogenation catalysts, and reaction mechanisms. The German group, on the other hand, is focused on the physical aspects, including the quantum mechanical-theoretical description of hyperpolarization, the development of hyperpolarization instrumentation, the development of spin-order transfer pulse sequences and in vivo MRI methods. The aim of this joint project is to significantly advance the parahydrogen-based hyperpolarization methods SABRE and the new variant SABRE-RELAY.
DFG Großerät §91b "3 T Forschungs-MRT“
Förderer: -
Förderempfänger:
Jan-Bernd Hövener
Laufzeit:
Förderung in 2018
Im Rahmen des ZISMED Forschungsgebäudes (Sprecher: Prof. Berg) wurde ein state-of-the-art Ganzkörper 3T Forschungs-MRTs mit besonders starken Gradienten und Multikernoption gefördert (für Hyperpolarisierung, Deuterium-, Phosphor-, Natriumbildgebung etc.).
Funding of a state-of-the-art whole-body 3T research MRI scanner with particularly strong gradients and multi-core option (for hyperpolarization, deuterium, phosphorus, sodium imaging, etc.) (reseach building ZISMED, speaker Prof. Berg).
DFG Großerät §91b "7 T Kleintier-MRT"
Förderer:
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/419033904?context=projekt&task=showDetail&id=419033904&
Förderempfänger:
Jan-Bernd Hövener
Laufzeit:
Förderung in 2019
Beantragt wurde die Aufrüstung eines bestehenden MRT-Geräts einschließlich der Erweiterung für die X-Core-Bildgebung. Um die benötigte Funktionseinheit zu bilden, werden auch verschiedene Spulen, eine magnetische Abschirmung, ein Magnetfeldsensor und Niederfeld-MR-Setups beantragt. Die Aufrüstung ist zur Aufrechterhaltung und Durchführung der laufenden und geplanten Forschungsprojekte notwendig, da das derzeitige Modell nicht mehr unterstützt wird. Für die Abbildung von Ionen (Na, Ka, Mg z.B.) und hyperpolarisierten Kontrastmitteln werden die X-Core-Option und verschiedene Spulen benötigt. Für die Messung von Feldstärkeeffekten sind die magnetische Abschirmung, der Magnetfeldsensor und die Niederfeldaufbauten erforderlich (insbesondere die Hyperpolarisation ist stark feldstärkeabhängig). Diese Anwendung ist Teil des Zukunftskonzepts der MR-Physik in Kiel, in dessen Rahmen auch ein NMR-Spektrometer und ein dDNP-Polarisator beantragt werden.
The application is for an upgrade for an existing MRI device including the extension for X-core imaging. To form the required functional unit, various coils, a magnetic shield, a magnetic field sensor and low-field MR setups are also being requested. The upgrade is necessary to maintain and carry out the current and planned research projects, as the current model will no longer be supported. For the imaging of ions (Na, Ka, Mg e.g.) and hyperpolarized contrast agents, the X-core option and various coils are required. For the measurement of field strength effects, the magnetic shielding, the magnetic field sensor and the low field setups are necessary (especially hyperpolarization is strongly field strength dependent). This application is part of the future concept of MR physics in Kiel, within the framework of which an NMR spectrometer and a dDNP polarizer are also being applied for.
DFG Großerät §91b "9.4 T wide bore NMR / MRT“
Förderer:
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/419035356
Förderempfänger:
Jan-Bernd Hövener
Laufzeit:
Förderung in 2019
Beantragt wird die Anschaffung eines Breitband-Breitband-NMR-Spektrometers mit Imaging-Option, das mit einem Druckluftkompressor, einem Lebenszeichen-Monitoring-System und einer Ausrüstung für die Entwicklung von Spulen die erforderliche Funktionseinheit bildet. Das NMR wird für die Entwicklung, Untersuchung und Anwendung neuer Hyperpolarisationsmethoden benötigt. Die „Widebore-Imaging“- und Breitband-Option wird für die Beobachtung und Abbildung verschiedener Kerne (z.B. 1C, 15N, 29Si) benötigt. Für Zell- und Tierexperimente sowie für die Hyperpolarisation sind eine Temperaturkontrollfunktion, eine Lebenszeichenüberwachung und eine Wide-Bore-Option erforderlich (z. B. für die MRT von thermisch oder hyperpolarisierten Proben, z. B. Reaktoren). Die Lötstation und Spulenkomponenten werden u.a. für den Selbstbau von nicht kommerziell erhältlichen Spulen benötigt. Diese Anwendung ist Teil des Zukunftskonzepts der MR-Physik in Kiel, zu dem auch die Aufrüstung eines MRT-Scanners und eines dDNP-Polarisators gehört.
The application is for the purchase of a broadband wide-bore NMR spectrometer with imaging option, which forms the required functional unit with a compressed air compressor, a life sign monitoring system and equipment for the development of coils. The NMR is required for the development, investigation and application of new hyperpolarization methods. The widebore imaging and broadband option is needed for the observation and imaging of various nuclei (e.g. 1C, 15N, 29Si). For cell and animal experiments, as well as for hyperpolarization, a temperature control function, life sign monitoring and wide-bore option is required (e.g. for MRI of thermally or hyperpolarized samples, e.g. reactors). The soldering station and coil components are required for the self-construction of non-commercially available coils, among other things. This application is part of the future concept of MR physics in Kiel, which also includes the upgrade of an MRI scanner and a dDNP polarizer.
DFG Großerät §91b "DNP Polarisator“
Förderer:
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/419035384
Förderempfänger:
Jan-Bernd Hövener
Laufzeit:
Förderung in 2019
Beantragt wird die Beschaffung eines Dissolution Dynamic Nuclear Polarisers (dDNP), der mit den zugehörigen X-core Polarimetern und der Pumpe eine Funktionseinheit bildet. Der dDNP-Polarisator wird für die routinemäßige Herstellung von hyperpolarisierten Kontrastmitteln für In-vivo-Anwendungen benötigt, insbesondere für Kerne und Moleküle, die nicht mit Para-Wasserstoff polarisiert werden können. Für die Bestimmung der Polarisationsausbeute wird ein spezieller, kompakter 13C-5N-1H-NMR-Polarimeteraufbau mit Permanentmagnet benötigt, ebenso wie spezielle Testkontrastmittel und Radikale für die Optimierung und Inbetriebnahme des Gerätes (markierte Moleküle, Radikale) und eine Pumpe für Flüssigkeiten. Das Hyperpolarisationslabor von Prof. Hövener wird in unmittelbarer Nähe und zwischen MRI und Wide-Bore-NMR eingerichtet, was aufgrund der kurzen Lebensdauer der HP-Substanzen zwingend erforderlich ist. Diese Anwendung ist Teil des Zukunftskonzepts der MR-Physik in Kiel, zu dem auch der Ausbau des MRT und eines Wide-Bore-NMR-Spektrometers gehört.
The application is for the procurement of a dissolution dynamic nuclear polaizer (dDNP), which forms a functional unit with the associated X-core polarimeters and pump. The dDNP polarizer is required for the routine production of hyperpolarized contrast agents for in vivo applications, in particular for nuclei and molecules that cannot be polarized with para-hydrogen. A dedicated, compact 13C-5N-1H-NMR polarimeter setup with a permanent magnet is required for the determination of the polarization yield, as well as special test contrast agents and radicals for the optimization and commissioning of the device (labelled molecules, radicals), and a pump for liquids. Prof. Hövener's hyperpolarization laboratory will be set up in the immediate vicinity and between MRI and wide-bore NMR, a mandatory requirement due to the short lifetimes of the HP substances. This application is part of the future concept of MR physics in Kiel, which also includes the upgrade of the MRI and a wide-bore NMR spectrometer.
EU ITN „EUROPOL"
Förderer:
https://cordis.europa.eu/project/id/642773
Förderempfänger / Principal Investigator:
Jan-Bernd Hövener
(Sprecher: The University of Birmingham)
Laufzeit:
Erste Förderperiode 2015 - 2019
NMR und MRT spielen in der heutigen Wissenschaft eine einzigartige Rolle, von der Physik, Chemie und Biologie bis hin zur klinischen Forschung und Diagnose. Trotz ihrer unersetzlichen Rolle werden weitere Fortschritte in der NMR und MRT dadurch behindert, dass die Empfindlichkeit wesentlich geringer ist als bei Alternativen wie Massenspektrometrie oder PET. Die Aussichten, dieses Problem durch "größere Maschinen" zu lösen, sind angesichts des hohen Reifegrads, den NMR/MRI bereits erreicht haben, ungewiss und wenig ertragreich. Dieses ETN stellt diesen Status aus einer bisher ungenutzten Perspektive in Frage, indem es NMR/MRI mit nuklearer Hyperpolarisation kombiniert, die Signale hervorruft, die die derzeit verfügbaren um das bis zu 50.000-fache übertreffen. Der Schwerpunkt liegt auf zwei besonderen Ansätzen, der dynamischen Kernpolarisation und der para-Wasserstoff-getriebenen Polarisation, die das größte Potenzial für die biophysikalische, metabolomische, vorklinische und klinische Forschung aufweisen. Um diese "Supersignale" zu maximieren, haben wir führende Experten in der Physik und Technik der magnetischen Resonanz, in der synthetischen Chemie, die für den Erfolg dieser Methoden unerlässlich ist, in der Anwendung der NMR in der Struktur-/Zellbiologie und in präklinischen und klinischen MRT-Anwendungen versammelt. Diesem Zusammenschluss liegt der Gedanke zugrunde, dass die Versprechen der Hyperpolarisation nur durch die Zusammenarbeit von Schlüsselbereichen des Fachwissens realisiert werden können. EUROPOL wird nicht nur Synergien zwischen Experten aus Wissenschaft und Industrie fördern, sondern auch eine Spitzenausbildung für ESRs in allen Themen anbieten, die der Weiterentwicklung der MR zugrunde liegen.
NMR and MRI play unique roles in contemporary Science, from Physics, Chemistry and Biology, to clinical research and diagnosis. Despite its irreplaceable role, further progress in NMR and MRI is hampered by sensitivities that are much lower than those of alternatives such as mass-spec, or PET. The prospects of solving this problem by “bigger machines” are uncertain and of poor return, given the high maturity already achieved by NMR/MRI. This ETN challenges this status from an untapped perspective, combining NMR/MRI with nuclear hyperpolarization eliciting signals that surpass those currently available by up to 50,000x. Focus is placed on two particular approaches, dynamic nuclear polarization and para-hydrogen-driven polarization, exhibiting the highest potential for biophysical, metabolomic, pre-clinical and clinical research. To maximize these “supersignals” we assembled leading experts in the physics and engineering of magnetic resonance, in the synthetic chemistry essential for the success of these methods, in the uses of NMR to structural/cell biology, and in preclinical and clinical MRI applications. Guiding this assembling is the conception that only by teaming together key areas of expertise, can hyperpolarisation’s promises be realized. In addition to fostering synergies among experts from academia and industry, EUROPOL will provide frontier training for ESRs in all the topics underlying the advancement of MR.
DFG Exzellenzakademie
Laufzeit:
Förderung in 2010
Über die Exzellenzakademie Medizintechnik der DFG sollen herausragende jungeWissenschaftler*innen in den naturwissenschaftlich-technischen Fächern und den Lebenswissenschaften (Biomedizinische Technik, Medizin, Biomedizinische Physik, Bioinformatik, u.a.) ausgewählt und möglichst frühzeitig in ihrer Laufbahn an eigenständiges Forschen nach internationalen Standards herangeführt werden.
The DFG's Academy of Excellence in Medical Technology aims to select outstanding young scientists in the natural sciences and life sciences (biomedical engineering, medicine, biomedical physics, bioinformatics, etc.) and introduce them to independent research according to international standards as early as possible in their careers.
BMBF-Konsortium "ARTEMIS"
Förderer:
https://www.gesundheitsforschung-bmbf.de/de/artemis-kunstliche-intelligenz-bei-muskuloskelettalen-erkrankungen-12528.php
Projekt: n.a.
Förderempfänger / Principal Investigator:
Prof. Dr. Claus-Christian Glüer
Sprecher:
Prof. Dr. Claus-Christian Glüer
Laufzeit:
2020 - 2024
Das interdisziplinäre Forschungsnetz ARTEMIS hat sich zum Ziel gesetzt, das enorme Potenzial der künstlichen Intelligenz (KI) zusammen mit fortschrittlichen Bildverarbeitungsmethoden für die radiologische Diagnostik und die Modellierung von Krankheitsrisiken im Bereich der Muskel-Skelett-Erkrankungen (MSD) zu nutzen. Die Bildgebung erfolgt mittels Computertomographie (CT), insbesondere bei Osteoporose. Dazu gehört auch die Differentialdiagnose von degenerativen Erkrankungen. Konkret werden die KI-Techniken zur Verfolgung der folgenden spezifischen Ziele eingesetzt: 1. CT-Scans werden ausgewertet, um zu prüfen, ob der Patient ein hohes 10-Jahres-Frakturrisiko aufgrund von Osteoporose hat (Konzept der opportunistischen Früherkennung). 2. Die diagnostische und differentialdiagnostische Beurteilung von MSK-Erkrankungen soll durch die Erstellung einer KI-Unterstützungssoftware "i4 ReaderAssistant" für Radiologen und Kliniker verbessert werden. Diese KI-Unterstützungssoftware soll den Arzt auf relevante Krankheitsmerkmale hinweisen. So soll es möglich sein, Hinweise auf a) osteoporotische Knochenbrüchigkeit der thorakolumbalen Wirbelsäule und des proximalen Oberschenkels und b) eine differentialdiagnostische Abgrenzung zu degenerativen Veränderungen der Wirbelsäule zu erhalten.
The interdisciplinary research network ARTEMIS has set itself the goal of exploiting the enormous potential of artificial intelligence (AI) together with advanced image processing methods for radiological diagnostics and disease risk modeling in the field of musculoskeletal diseases (MSDs). Imaging is performed using computed tomography (CT), particularly for osteoporosis. This also includes a differential diagnosis of degenerative diseases. In concrete terms, the AI techniques will be used to pursue the following specific objectives: 1. CT scans will be evaluated to check whether the patient has a high 10-year fracture risk due to osteoporosis (concept of opportunistic early detection). 2. the diagnostic and differential diagnostic assessment of MSK diseases is to be improved by creating an AI support software "i4 ReaderAssistant" for radiologists and clinicians. This AI support software is intended to alert the physician to relevant disease characteristics. This should make it possible to obtain indications of a) osteoporotic bone fragility of the thoracolumbar spine and the proximal femur and b) a differential diagnostic differentiation from degenerative changes in the spine.