Paul Lauterbur

Paul Christian Lauterbur (6. Mai 1929 – 27. März 2007) war ein US-amerikanischer Chemiker , der 2003 gemeinsam mit Peter Mansfield den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine Arbeit erhielt, die die Entwicklung der Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglichte. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Lauterbur war von 1963 bis 1985 Professor an der Stony Brook University , wo er an der Entwicklung der Magnetresonanztomographie (MRT) forschte . ^{[ 3 ]} 1985 wurde er gemeinsam mit seiner Frau Joan Dawson Professor an der University of Illinois at Urbana-Champaign, wo er 22 Jahre lang bis zu seinem Tod in Urbana lehrte. Dort gründeten er und Dawson das Biomedical Magnetic Resonance Laboratory (BMRL). ^{[ 4 ]} Er arbeitete bis zuletzt mit Studierenden an Forschungsprojekten und war als Professor für Chemie sowie in den Bereichen Bioingenieurwesen, Biophysik, Medizin und Computerbiologie am Center for Advanced Study tätig. ^{[ 5 ]}

Lauterbur war luxemburgischer Abstammung. Er wurde in Sidney, Ohio , geboren und wuchs dort auf. Nach seinem Schulabschluss an der Sidney High School wurde ein neuer Flügel für Chemie, Physik und Biologie zu seinen Ehren eingeweiht. Bereits als Teenager baute er sich im Keller des Elternhauses ein eigenes Labor . ^{[ 6 ]} Sein Chemielehrer wusste um seine Freude am Experimentieren und erlaubte ihm daher, seine eigenen Versuche im hinteren Teil des Klassenzimmers durchzuführen. ^{[ 6 ]}

Als er in den 1950er Jahren zur US-Armee eingezogen wurde, erlaubten ihm seine Vorgesetzten, an einem frühen Kernspinresonanzgerät (NMR) zu arbeiten ; bis zu seinem Ausscheiden aus der Armee hatte er vier wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht. ^{[ 6 ]} Später wurde Paul Atheist . ^{[ 7 ]}

Lauterbur erwarb einen Bachelor of Science in Chemie am Case Institute of Technology, heute Teil der Case Western Reserve University in Cleveland, Ohio, wo er Mitglied der Studentenverbindung Phi Kappa Tau (Alpha Delta) wurde . Anschließend arbeitete er in den Laboren des Mellon Institute der Dow Corning Corporation, unterbrochen von einem zweijährigen Einsatz im Army Chemical Center in Edgewood, Maryland . Während seiner Zeit am Mellon Institute absolvierte er ein Graduiertenstudium in Chemie an der University of Pittsburgh . Nach seiner Promotion 1962 nahm Lauterbur im folgenden Jahr eine Stelle als außerordentlicher Professor an der Stony Brook University an . Im akademischen Jahr 1969/70 forschte er als Gastdozent für Chemie an der Stanford University im Bereich der NMR-Spektroskopie, unterstützt von den lokalen Unternehmen Syntex und Varian Associates . Lauterbur kehrte nach Stony Brook zurück und blieb dort bis 1985, bevor er an die University of Illinois wechselte . ^{[ 8 ]}

Lauterbur führt die Idee zum MRT auf ein Brainstorming in einem Eat'n Park Big Boy Restaurant in einem Vorort von Pittsburgh zurück . Das erste Modell des MRT skizzierte er auf einer Serviette, als er Student und Forscher an der Universität Pittsburgh und am Mellon Institute of Industrial Research war . ^{[ 6 ] [ 9 ] [ 10 ]} Die weiterführenden Forschungen, die schließlich zum Nobelpreis führten, wurden in den 1970er Jahren an der Stony Brook University durchgeführt . ^{[ 11 ]}

Der Nobelpreis für Physik 1952, der an Felix Bloch und Edward Purcell verliehen wurde , würdigte die Entwicklung der Kernspinresonanz (NMR), dem wissenschaftlichen Prinzip der Magnetresonanztomographie (MRT). Jahrzehntelang wurde die Magnetresonanz jedoch hauptsächlich zur Untersuchung der chemischen Struktur von Substanzen eingesetzt. Erst in den 1970er Jahren, dank der Entwicklungen von Lauterbur und Mansfield, konnte die NMR zur Bildgebung des Körpers genutzt werden.

Lauterbur nutzte die Idee von Robert Gabillard (entwickelt in seiner Dissertation von 1952), Gradienten im Magnetfeld einzuführen , wodurch sich der Ursprung der von den Atomkernen des Untersuchungsobjekts ausgesendeten Radiowellen bestimmen lässt . Diese räumliche Information ermöglicht die Erzeugung zweidimensionaler Bilder. ^{[ 6 ]}

Raymond Damadians 1971 in Science veröffentlichte Arbeit über seine Beobachtung von T1- _und T2 _- Unterschieden in Krebsgewebe ^{[ 12 ]} war einflussreich, wie Lauterbur 1986 schrieb: „… die Aufmerksamkeit der medizinischen Fachwelt wurde erstmals durch Damadians Bericht ^{[ 12 ]} geweckt , dass einige Tiertumore bemerkenswert lange Wasserprotonen-Relaxationszeiten aufweisen… Ich fragte mich, ob es eine Möglichkeit gäbe, solche Größen im Körper nichtinvasiv zu erfassen.“ ^{[ 13 ]} Angeregt durch Damadians Bericht über die potenziellen medizinischen Anwendungen der NMR, erweiterte Lauterbur Herman Carrs Technik ^{[ 14 ]} zur Erzeugung eines eindimensionalen Magnetresonanzbildes (MR-Bild), um mithilfe von Gradienten die ersten 2D- und 3D-MRT-Bilder zu generieren.

Während Lauterbur seine Arbeit in Stony Brook durchführte, befand sich das beste NMR-Gerät auf dem Campus im Fachbereich Chemie. Er musste es nachts aufsuchen, um damit zu experimentieren, und veränderte die Einstellungen sorgfältig, sodass sie beim Verlassen wieder den Werten der Chemiker entsprachen. ^{[ 15 ]} Das ursprüngliche MRT-Gerät befindet sich im Chemiegebäude auf dem Campus der Stony Brook University in Stony Brook, New York .

Zu den ersten Aufnahmen Lauterburs gehörten Bilder einer 4 mm großen Muschel ^{[ 16 ]} , die seine Tochter am Strand des Long Island Sound gesammelt hatte , grüne Paprika ^{[ 6 ]} und zwei Reagenzgläser mit schwerem Wasser in einem Becherglas mit normalem Wasser; kein anderes damals existierendes Bildgebungsverfahren konnte zwischen zwei verschiedenen Wasserarten unterscheiden. Diese letzte Erkenntnis ist besonders wichtig, da der menschliche Körper größtenteils aus Wasser besteht. ^{[ 15 ]}

Als Lauterbur seine Arbeit mit seinen Entdeckungen erstmals bei Nature einreichte , wurde sie von den Herausgebern abgelehnt. Lauterbur gab jedoch nicht auf und bat um eine erneute Begutachtung. Daraufhin wurde die Arbeit veröffentlicht und gilt heute als Klassiker der Nature- Publikation. ^{[ 17 ]} Die Nature- Herausgeber bemängelten die Unschärfe der beigefügten Abbildungen, obwohl diese die ersten waren, die den Unterschied zwischen schwerem und gewöhnlichem Wasser zeigten. ^{[ 6 ]} Lauterbur sagte über die anfängliche Ablehnung: „Man könnte die gesamte Wissenschaftsgeschichte der letzten 50 Jahre anhand der von Science oder Nature abgelehnten Arbeiten schreiben .“ ^{[ 15 ]}

Peter Mansfield von der Universität Nottingham in Großbritannien führte Lauterburs ursprüngliche Arbeit einen Schritt weiter, indem er die langsame (und artefaktanfällige) Projektions-Rekonstruktionsmethode von Lauterburs ursprünglicher Technik durch eine Methode ersetzte, die Frequenz- und Phasenkodierung mittels räumlicher Gradienten des Magnetfelds nutzte. Dank der Larmor-Präzession konnte anschließend eine mathematische Technik namens Fourier-Transformation zur Rekonstruktion des gewünschten Bildes eingesetzt werden, wodurch der Bildgebungsprozess erheblich beschleunigt wurde. ^{[ 15 ]}

Lauterbur versuchte erfolglos, Patente für seine Arbeit anzumelden, um die Entdeckung zu kommerzialisieren. ^{[ 18 ]} Die State University of New York verzichtete auf Patente, da sie die Kosten letztendlich als nicht rentabel einstufte. „Das für solche Anmeldungen zuständige Unternehmen entschied, die Kosten für ein Patent nicht zu erstatten. Das erwies sich als keine besonders gute Entscheidung“, sagte Lauterbur 2003. In den 1970er-Jahren bemühte er sich jahrelang, die Bundesregierung zur Finanzierung eines frühen Prototyps des MRT-Geräts zu bewegen; dieser Prozess dauerte ein Jahrzehnt. ^{[ 19 ]} Die University of Nottingham meldete schließlich Patente an, die Mansfield später ein Vermögen einbrachten. ^{[ 19 ]}

Lauterbur wurde im Herbst 2003 zusammen mit Mansfield mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Kontroversen entstanden, als Raymond Damadian ganzseitige Anzeigen in der New York Times , der Washington Post und der Los Angeles Times schaltete . Unter der Überschrift „Das beschämende Unrecht, das wiedergutgemacht werden muss“ behauptete er, das Nobelkomitee habe ihn für seine Pionierarbeit auf dem Gebiet der Magnetresonanztomographie (MRT) nicht neben Lauterbur und Mansfield als Preisträger berücksichtigt. Damadian erklärte, er habe die MRT entdeckt, und die beiden Nobelpreisträger hätten seine Technologie lediglich weiterentwickelt.

Die New York Times veröffentlichte einen Leitartikel, in dem sie erklärte, dass Wissenschaftler zwar Damadian für ein frühes Patent im Bereich der MRT-Technologie würdigten, Lauterbur und Mansfield jedoch Herman Carrs Technik weiterentwickelten, um zunächst 2D- und später 3D-MR-Bilder zu erzeugen. Der Leitartikel hält dies für nobelpreiswürdig, obwohl Alfred Nobel in seinem Testament ausdrücklich festlegte, dass Preise nicht allein für die Verbesserung bestehender Technologien für kommerzielle Zwecke vergeben werden dürfen. Die Zeitung führt anschließend einige Fälle an, in denen Vorläuferentdeckungen mit einem Nobelpreis ausgezeichnet wurden, sowie einige verdiente Fälle, in denen dies nicht der Fall war, wie beispielsweise bei Rosalind Franklin , Oswald Avery und Robert Gabillard . ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Lauterbur starb im März 2007 im Alter von 77 Jahren an einer Nierenerkrankung in seinem Haus in Urbana, Illinois . Der Kanzler der University of Illinois, Richard Herman, sagte: „Pauls Einfluss ist jeden Tag weltweit spürbar, jedes Mal, wenn eine MRT-Untersuchung das Leben einer Tochter oder eines Sohnes, einer Mutter oder eines Vaters rettet.“ ^{[ 21 ]}

• Albert-Lasker-Preis für klinische medizinische Forschung , 1984
• Kettering-Preis der General Motors Cancer Research Foundation , 1985
• Internationaler Preis der Gairdner-Stiftung , 1985
• Der Harvey-Preis , 1986
• Nationale Wissenschaftsmedaille , 1987
• National Medal of Technology , 1988, (mit Raymond Damadian) ^{[ 18 ]}
• Bower-Preis, Franklin Institute of Philadelphia, 1990 (erster Preisträger)
• Carnegie Mellon Dickson-Preis für Naturwissenschaften im Jahr 1993. ^{[ 5 ]}
• NAS-Preis für Chemie im Dienste der Gesellschaft der Nationalen Akademie der Wissenschaften , 2001 ^{[ 22 ]}
• Gründungsmitglied, Phi Kappa Tau Hall of Fame seit 2006.
• National Inventors Hall of Fame , Jahrgang 2007
• Der Asteroid 255598 Paullauterbur , entdeckt vom italienischen Amateurastronomen Silvano Casulli im Jahr 2006, wurde ihm zu Ehren benannt. ^{[ 23 ]} Die offizielle Namensgebungsbegründung wurde am 12. Januar 2017 vom Minor Planet Center veröffentlicht ( MPC 103028 ). ^{[ 24 ]}

• Carnegie Mellon Universität in Pittsburgh
• Universität Lüttich in Belgien
• Medizinische Fakultät der Nikolaus-Kopernikus-Universität in Krakau, Polen

• Kontroversen um den Nobelpreis
• Luxemburgisch-Amerikanisch

• Dawson, M. Joan. Paul Lauterbur und die Erfindung der MRT, Boston: MIT Press, 2013. ISBN 9780262019217
• „Paul C. Lauterbur – Biographisch“. Nobelprize.org. Nobel Media AB. [1]

• Paul C. Lauterbur, Entstehung des MRI (Magnetresonanztomographie)-Notizbuchs, September 1971 (alle Seiten stehen in verschiedenen Formaten zum kostenlosen Download bei den Digitalen Sammlungen des Science History Institute unter digital.sciencehistory.org zur Verfügung )
• Pressemitteilung zum Nobelpreis 2003
• Artikel der medizinischen Fakultät der Universität Pittsburgh über den Absolventen Lauterbur
• Paul C. Lauterbur Patente
• Paul Lauterbur bei Find a Grave
• Biographische Memoiren der Nationalen Akademie der Wissenschaften