Molekulare Bildgebung

-Früherkennung von Erkrankungen-

Frank M BengelKlinik für Nuklearmedizin

Nuklearmedizin

Anwendung von radioaktiv markierten Biomarkern zur bildgebenden Diagnostik

(und Therapie)

Bilder

Bilder durch Moleküle

Fluorid Fluor-Deoxy-Glukose Fluoro-DOPA

Bilder der Biologie

Knochenstoffwechsel Zuckerstoffwechsel Dopaminstoffwechsel

Nuklearmedizin –Molekulare Bildgebung

Sichtbar gemachte Funktion / Biologie im lebenden

Organismus

Imaging

Molekulare Bildgebung:Zutaten

- Tracer- Kameras

- Indikationen(Anwendungsgebiete)

Molekulare Bildgebung:Zutaten

- Tracer- Kameras

- Indikationen

Tracer = Spürsubstanz

- Molekül, spezifisch für einen Biomechanismus (z.B. Rezeptorligand, Enzymsubstrat)- Minimale Menge (nmol; kein Effekt auf den Vorgang selbst)- Nachweisbar (radioaktiv markiert)

ǂ Kontrastmittel

Organübergreifende Bildgebung

Tracer: Gehirn

Mechanismus TracerPerfusion Tc-99m HMPAOGlukose-Stoffwechsel F-18 FDGBeta-Amyloid C-11 PIBDopamin-Rezeptor I-123 IBZMDopamin-Transporter I-123 FP-CIT

Tracer: Respirationstrakt

Mechanismus TracerPerfusion Tc-99m MAAVentilation Tc-99m Technegas

Tracer: GI-Trakt

Mechanismus TracerRES Leber Tc-99m NanokolloidHepatobiliäre Ausscheidung Tc-99m HIDAOesophaguspassage Tc-99m PTTMagenentleerung Tc-99m Pfannkuchen

Tracer: Kardiovaskuläres System

Mechanismus TracerPerfusion Tc-99m SestamibiVitalität F-18 FDGPumpfunktion Tc-99m ErythrozytenSymp. Innervation I-123 MIBG

Tracer: Urogenital-System

Mechanismus TracerTubuläre Exkretion Tc-99m MAG3Glomeruläre Filtration Tc-99m DTPAParenchymintegrität Tc-99m DMSA

Tracer: Muskuloskelettales System

Mechanismus TracerKnochenstoffwechsel Tc-99m MDPKnochenmark Tc-99m NanokolloidInflammation In-111 WBC

Tracer: Tumoren

Mechanismus TracerGlukosestoffwechsel F-18 FDGAminosäurestoffwechsel C-11 MethioninSentinel-Lymphknoten Tc-99m NanokolloidSomatostatin-Rezeptoren Ga-68 DOTA-TATEKatecholamin-Uptake I-123 MIBG

Tracer: Endokrine Organe

Mechanismus TracerSchilddrüse Tc-99m, I-123, I-131Nebenschilddrüse Tc-99m SestamibiSpeicheldrüse Tc-99mNebennieren I-123 MIBG

Mo-99/Tc-99m-Generator

Gammastrahler

Isotop HWZTc-99m 6 hI-123 13 hIn-111 2,8 dI-131 8 d

Zyklotron: PET-Radionuklide

H2O18

(p,n)

F18

PET-Radioisotope

Isotop HWZO-15 2 minN-13 10 minC-11 20 minF-18 110 min

Molekulare Bildgebung:Zutaten

- Tracer- Kameras

- Indikationen

Szintigraphie

GammastrahlungSzintillator(scintilla = Funke)

Photomultiplier

Licht KristalleGammakamera

Szintigraphie – und mehr…

• Planare Aufnahmen• Schichtaufnahmen

SPECTSingle Photon Emission Computed Tomography

PETPositronen-Emissions

Tomographie

Tc-99m-HDP F-18-Fluorid

Projektion

Single-Photon-Emission-Computed Tomography

Positronen-Emissions-Tomografie

Multimodale (Hybrid-) Instrumente

Funktionelle Bildgebung mit Radiotracern

Spezifisches funktionelles SignalWenig anatomische Information

PETCTPET/CT

Integrierte Anatomie und Biologie:Hybrid-Bildgebung

Drzezga et al. J Nucl Med 2012

PET/MRPET/CTSPECT/CT

Translationale molekulare Bildgebung- Von Mäusen und Menschen -

PräklinischeForschung

μSPECT-CT μPET-CT

KlinischeAnwendung

PET-CT SPECT-CT

Molekulare Bildgebung:Zutaten

- Tracer- Kameras

- Indikationen

Krankheitsentstehung

Zelle Gewebe Physiologie / Funktion

Morphologie

Molekulare Bildgebung:Grundprinzipien der klin. Anwendung

(I) Früherkennung:Biologische/funktionelle

Veränderungen entstehen vormorphologischen Veränderungen

Knochenmetastasen sind in der Szintigraphie früher positiv als im Röntgenbild

ventral dorsal ventral dorsal

6 Mon.

Frühe Alzheimer-typische Veränderungen

Oberflächenprojektionen

Abweichungen vom Normkollektiv

rechts lateral links lateral

Verlauf der Stoffwechseldefizite bei der Alzheimer-Erkrankung

Abweichungen vom Normkollektiv

rechts laterale Ansicht

Früh

Spät

5

0

Molekulare Bildgebung:Grundprinzipien der klin. Anwendung

(II) Prognosebeurteilung:Die Biologie einer Erkrankung

definiert die Progression

Obstruktion bei erhaltener seitenanteiliger Nieren-Funktion bestimmt Verbesserung

nach Pyeloplastik

Survival Benefit of Revascularization Vs Medical Therapy in Patients With No Prior Coronary Artery Disease Undergoing Stress MPI

N=10627Hachamovitch et al, Circulation 2003;107:2900-7

Molekulare Bildgebung:Grundprinzipien der klin. Anwendung

(III) Therapiemonitoring:Die Biologie einer Erkrankung

definiert das Ansprechen

FDG PET Magenkarzinom: Responder

Vor CTx Tag 14 3 M. nach CTx

Response-Vorhersage

FDG PET Magenkarzinom: Non-Responder

Vor CTx Tag 14 3 M. nach CTx

Response-Vorhersage

0 12 24 36 48 60

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0Ü

berle

bens

rate

%

Monate nach Beginn CTx

Gesamtüberleben Magenkarzinom

Non Responder (n=22)

Responder (n=13)

Ott et al. J Clin Oncol. 2003

p < 0.002

Targeted Tumor Therapy

• Antikörper (Rituximab, Trastuzumab, Cetuximab, Bevacizumab,…)

• Tyrosinkinase-Inhibitoren (Imatinib, Erlotinib, Sorafenib, Sunifinib,…)

• Zielstrukturen: ErbB, Her2-neu, VEGF(R), bcr-abl, …

• 2009: 40% aller registrierten Clinical Trials

“Personalisierte Medizin”

„In der personalisierten Medizin (syn. Personalized Medicine, individualisierte Medizin) soll jeder Patient entsprechend seiner Erkrankung und seiner persönlichen Besonderheiten behandelt werden.Patienten mit identischer Diagnose sprechen auf die Behandlung mit dem gleichen Medikament oft sehr unterschiedlich an. Der Grund scheint hier in der individuellen (genetischen) Ausstattung jedes Einzelnen zu liegen.“

Zusammenfassung- Molekulare Bildgebung-

• Tracerprinzip• Funktion/Biologie vs Anatomie• Früherkennung, Prognosebeurteilung,

Therapiemonitoring