@phdthesis{Melkus2009,
  author    = {Melkus, Gerd},
  title     = {Entwicklung und Anwendung spektroskopischer 1H-NMR-Methoden zur in vivo Charakterisierung von Xenograft-Tumormodellen bei 17,6 T},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-50605},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Der Hauptteil der vorliegenden Arbeit befasste sich mit der Anwendung und der Entwicklung von neuen Methoden der spektroskopischen NMR-Bildgebung zur nicht-invasiven metabolischen Charakterisierung von Xenograft-Tumormodellen bei 17,6 T. In einem weiteren Abschnitt wurden verschiedene etablierte Methoden der lokalisierten NMR-Spektroskopie und der spektroskopischen Bildgebung genutzt, um den Metabolismus von H{\"u}lsenfr{\"u}chten (Pisum sativum) am Hochfeld zu untersuchen. Im experimentellen Teil der Arbeit wurde der selektive Mehrquantenfilter Sel-MQC zur Laktatbestimmung in neun verschiedenen Xenograft-Tumormodellen verwendet. Diese Werte wurden mit Ergebnissen aus der Biolumineszenz und mit der Tumorkontrolldosis 50 (TCD50) der Tumorlinien korreliert. Der Sel-MQC-Editierungsfilter stellte sich als {\"a}ußerst robuste Methode heraus das Laktat im NMR-Spektrum eindeutig von koresonanten Lipiden des Unterhautfettgewebes bzw. von tumoreigenen Lipiden zu trennen. Der Vergleich mit dem durch die Biolumineszenz bestimmten Laktat zeigte durchweg niedrigere Werte in den NMR-Messungen. Der Hauptgrund f{\"u}r diesen Unterschied besteht wahrscheinlich darin, dass mit der NMR-Methode nur das freie Laktat bestimmt werden kann, wohingegen die Biolumineszenz das gesamte Laktat erfasst. Das mit der NMR detektierbare freie Laktat zeigte allerdings eine m{\"a}ßige Korrelation zur TCD50 (R = 0,46), wodurch dieser Parameter nur als bedingt prognostisch wertvoll f{\"u}r die Strahlentherapie von Tumoren angesehen werden kann. Der Informationsgehalt pro Messzeit und damit die Effizienz der Standard-Sel-MQC-Editierungssequenz konnte durch verschiedene methodische Erweiterungen gesteigert werden. Eine zus{\"a}tzliche spektral selektive Wasserunterdr{\"u}ckung und ein weiteres Aufnahmefenster erm{\"o}glichte neben der Messung des Laktatsignals die Akquisition s{\"a}mtlicher Resonanzen des 1H-Spektrums mit einer kurzen Echozeit. Somit konnten zus{\"a}tzlich das Gesamtcholin und die Methyl- und Metylengruppen der Lipide aufgenommen werden. Neben dem Laktat erwies sich das Verh{\"a}ltnis von Lipid-Methylensignal zu Gesamtcholin (L1/tCho) als aussagekr{\"a}ftigster Parameter, um zwei untersuchte Xenograft-Tumormodelle zu unter-scheiden. Die spektroskopische Sel-MQC-Bildgebungssequenz, deren k-Raumantastung in der Regel mit reiner Phasenkodierung durchgef{\"u}hrt wird, konnte durch eine Verwendung eines Lesegradienten beschleunigt werden. Die bei dem Sel-MQC-Filter auftretenden typischen Artefakte im Bereich der Wasserresonanz sind durch zwei Aufnahmen nach dem Dixon-Prinzip und einem anschließenden Additionsverfahren unterdr{\"u}ckbar. Bei einer ausreichenden Aufnahmezeit, die abh{\"a}ngig vom T2* der zu editierenden Resonanz ist, kann mit der Methode eine nahezu {\"a}hnlich hohe Sensitivit{\"a}t wie mit dem rein phasenkodierten Experiment erreicht werden. Eine in die Sequenz eingef{\"u}gte frequenzselektive Refokussierung der Laktat-CH3-Gruppe erm{\"o}glichte die Aufnahme mehrerer Laktatechos ohne eine Phasenmodulation durch die J-Kopplung im Signal zu erhalten. Die nach einer Anregung erhaltenen Echos k{\"o}nnen zur weiteren Beschleunigung der Sequenz oder zur Bestimmung der apparenten transversalen Relaxationszeit des editieren Metaboliten verwendet werden. Das Grundprinzip des Sel-MQC-Filters konnte in einem umgekehrten Verfahren dazu verwendet werden mobile Lipide im Tumor ohne das koresonante Laktatsignal zu detektieren, um damit die Lipiddetektion zu spezifizieren. Da zur Unterdr{\"u}ckung des Metabolitensignals nur die J-Kopplung ausgenutzt wird, m{\"u}ssen weder Relaxationszeiten noch Diffusionskoeffizienten f{\"u}r die Editierung bekannt sein. Die Aufnahme des Lipidsignals wird dabei in einer Pr{\"a}paration erreicht, was die Sequenz robust gegen{\"u}ber Bewegungsartefakten macht. Die Methode kann beispielsweise mit Diffusionsgradienten kombiniert werden, um den apparenten Diffusionskoeffizienten mobiler Lipide im Tumorgewebe zu bestimmen. Das hohe Magnetfeld von 17,6 T und damit die vergr{\"o}ßerte chemische Verschiebung eigneten sich insbesonders dazu spektroskopische Messungen an Pflanzensystemen durchzuf{\"u}hren. Im letzten Teil der Arbeit wurden unterschiedliche lokalisierte 1D-, 2D-NMR-Methoden und die spektroskopische Bildgebung verwendet, um den Wildtyp und eine Mutantenform des Pisum sativum nicht-invasiv metabolisch zu untersuchen. Die mit der NMR bestimmten Metabolitenkonzentrationen im Endosperm des Pisum sativum korrelierten mit Resultaten aus biochemischen Auswertungen. Weiterhin konnten mit den NMR-Methoden auch Ergebnisse gewonnen werden, die mit biochemischen und histologischen Verfahren nicht erreicht werden k{\"o}nnen. Die Untersuchung von Pflanzen - oder wie hier von Pflanzensamen - mit spektroskopischen NMR-Methoden bieten zus{\"a}tzliche und f{\"u}r bestimmte Fragestellungen auch einzigartige Ans{\"a}tze deren Metabolismus in vivo zu untersuchen.},
  subject      = {Tumor},
  language  = {de}
}
@article{BorisjukRolletschekFuchsetal.2011,
  author    = {Borisjuk, Ljudmilla and Rolletschek, Hardy and Fuchs, Johannes and Melkus, Gerd and Neuberger, Thomas},
  title     = {Low and High Field Magnetic Resonance for \(in\) \(Vivo\) Analysis of Seeds},
  series = {Materials},
  volume    = {4},
  journal   = {Materials},
  number    = {8},
  doi       = {10.3390/ma4081426},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-140910},
  pages     = {1426-1439},
  year      = {2011},
  abstract  = {Low field NMR has been successfully used for the evaluation of seed composition and quality, but largely only in crop species. We show here that 1.5T NMR provides a reliable means for analysing the seed lipid fraction present in a wide range of species, where both the seed size and lipid concentration differed by >10 fold. Little use of high field NMR has been made in seed research to date, even though it potentially offers many opportunities for studying seed development, metabolism and storage. Here we demonstrate how 17.5T and 20T NMR can be applied to image seed structure, and analyse lipid and metabolite distribution. We suggest that further technical developments in NMR/MRI will facilitate significant advances in our understanding of seed biology.},
  language  = {en}
}