Parawasserstoff‐basierte Hyperpolarisierung für die Biomedizin

Die Magnetresonanz (MR) von Kernspins ist einer der nützlichsten physikalischen Effekte für die humane Bildgebung, ebenso wie für die Aufklärung von molekularen Strukturen und die chemische Analyse. Das volle Potential der MR kann jedoch kaum genutzt werden, da nur ein geringer Bruchteil aller Kernspins polarisiert, sprich in einem äußeren magnetischen Feld ausgerichtet werden. Hyperpolarisierungsmethoden versuchen, die Polarisierung und damit das MR‐Signal auf anderem Wege zu erhöhen. Eine einzigartige Quelle reiner Spinordnung ist das langlebige, verschränkte Kernspin‐Singulett‐Isomer des Wasserstoffmoleküls, genannt Parawasserstoff (pH2). Mithilfe dieser “Spinordnung auf Abruf” kann das MR‐Signal um mehrere Größenordnungen verstärkt werden, wenn pH2 in Kontakt mit einem anderen Molekül gebracht wird. In Bezug auf eine biomedizinische Anwendung von pH2‐hyperpolarisierten Kontrastmitteln haben in den letzten zehn Jahren beeindruckende Fortschritte stattgefunden. Das Ziel dieses Aufsatzes ist es, diese Entwicklungen in den Bereichen der Spinphysik, Katalyse, Instrumentierung, Kontrastmittel und Anwendungen gebündelt und verständlich darzustellen. Spins „auf Abruf”: In der letzten Dekade wurden beträchtliche Fortschritte im Bereich parawasserstoffbasierter Hyperpolarisierungstechniken für biomedizinische Anwendungen erzielt. Dieser Aufsatz gibt einen gebündelten Überblick über diese Entwicklungen, einschließlich Aspekten der Spinphysik, Katalyse, Instrumentierung, Herstellung der Kontrastmittel und Anwendungen.