Vom System zum Molekül: Erste Erfahrungen mit der Positronen

Vom System zum Molekül:
Erste Erfahrungen mit der PositronenEmissions-Tomographie am Tier als Bindeglied
zwischen in vivo- und in vitro- Forschung
Mathias Schreckenberger
Klinik für Nuklearmedizin
nach G. de Rusconibus
1520
„Funktionelle Neuroanatomie“
= Topographie der neuronalen Aktivität
Sauerstoff-15 markiertes Wasser =X Blutfluss
Fluor-18 Deoxyglukose (FDG)
=X Energieverbrauch
„In vivo- Biochemie“
= Erfassung der Neurotransmission
Komplexe Moleküle
=X z.B. Rezeptorliganden
markiert mit C-11 oder F-18
Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
Positronen-Strahlung
Radionuklid
d ~ β+-Energie
bisher
Eγ = 511 keV
+-
BGO-Szintillationskristall-Detektor
Emission von zwei Photonen
180°
Eγ = 511 keV
Koinzidenz-Detektion
PET-Radiopharmaka (Auswahl)
Metabolismus
18F-Deoxyglukose
Liganden
(FDG)
18F-DOPA
18F-Desmethoxyfallyprid
18F-Fallyprid
Blutfluss
15O-Wasser
18F-Ethyl-Diprenorphin
18F-Flumazenil
Wissenschaftliche Schwerpunkte
4. Tier-PET:
„vom System zum Molekül“
HumanPET
TierModell
mRNA Expression
Autoradiographie
Das Belohnungssystem des Menschen im ventralen Striatum“
Akutwirkung von Alkohol auf den Hirnstoffwechsel
Schreckenberger et al.
Neuropsychopharmacology 2004
Alkoholverlangen („Craving“) abstinenter Alkoholiker
Freisetzung des Überträgerstoffs Dopamin im ventralen Striatum
NC
PU
NA
Klinik für Nuklearmedizin
Psychiatrische Klinik der Charite
Koregistrierung PET/MRT
FDG-PET
T2-gewichtetes MRT
Glukose-PET bei Wistar-Ratten
i.v.-Ethanol-Gabe (1) und Kontrollbedingung (2)
1.
2.
In Vivo - Biochemie
• Opioiderges System
Untersuchungen des Opiatrezeptorstatus: Diprenorphin-PET
Quantifizierung der Opiatrezeptordichte gesunder Probanden
Diprenorphin
a
b
c
d
e
f
In Vivo - Biochemie
• Dopaminerges System
Selektive Liganden für Dopamin-(D2)-Rezeptoren
[18F]Desmethoxyfallyprid
Ki = 15 nM
Gründer et al., J Nucl Med, 2003
[18F]Fallyprid
Ki = 33 pM
Hirnstamm / Hypophyse
Temporalkortex
Striatum/Thalamus
Kernchemie/ Nuklearmedizin
FDG
Hirn/
Ratte
Hirn/
Maus
Glukosemetabolismus:
FDG
Dopamin-Rezeptoren:
Fallyprid
Sarkom/
Hinterlauf
Hirn/
Maus
Messung des BP mit hochaffinem Dopaminrezeptorligand Fallyprid
Wistar-Ratte 550g
coronale Schnitte
Zeit-Aktivitäts-Kurven von Striatum und Cerebellum
Fallyprid; Wistar-Ratte 550g
300
activity / kBq/ml
250
200
150
100
50
0
0
600
1200
1800
2400
3000
3600
mid frame time / sec
4200
4800
5400
Messung der Dopaminrezeptorenverfügbarkeit mit Fallyprid
FVB-Maus
24g / 10MBq
Summenbild 60‘-90‘ p.i.
Narkose: Ketamin/Xylazin
Zeit-Aktivitäts-Kurven von Striatum und Cerebellum
2D Graph 5
Fallyprid FVB-Maus 24g
Narkose: Ketamin/Xylazin
800
700
activity / kBq/ml
600
500
400
300
200
100
0
0
600
1200
1800
2400
3000
3600
mid frame time / sec
4200
4800
5400
Überlagerung Fallyprid-PET mit MRT
[18F]Fallyprid BP Bilder eines typischen Patienten
mit mesialer Temporallappenepilepsie rechts
BP im
lat.temp
cortex
Vor
der Operation
BP im
striatum
18.65
R
Nach partieller
anteriorer temporaler
Resektion
-38%
18.56
R
An 18F-Fallypide PET study of the rat pilocapine model
of mesial temporal lobe epilepsy
BP images of 2 typical cases
Pilocarpine rat
Control rat
13.3
13.1
R
7.1
7.5
Ausblick
• Korrelation Human-PET / Tier-PET / Autoradiographie
• Untersuchung von dopaminergen und opioidergen System
unter Gabe von „Suchtstoffen“: Cannabis, Alkohol
• Untersuchung von Tiermodellen für Demenzerkrankungen
• Identifikation von antioxidativen Substanzen zur
Neuroprotektion