Positronen-Emissions-Tomographie - GIT

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30.07.2014
Positronen-Emissions-Tomographie
Hirntumordiagnostik mittels Aminosäure-PET
Bei derPositronen-Emissions-Tomographie (PET) werden mittels
intravenöser Injektion von radioaktiv markierten Tracern
Stoffwechselvorgänge im Körper bildlich dargestellt. Bei
Hirntumorpatienten kann diese metabolische Bildgebung, ergänzend zum
Standardverfahren der anatomischen Darstellung mittels
Magnetresonanztomographie (MRT), zusätzliche Informationen zu
Ausdehnung, Malignität, Therapieansprechen des Tumors und zur
Diagnostik von Rezidiven liefern.
Die Methode
In der PET wird der radioaktive Zerfall von Positronen-Strahlern gemessen. Der
Tracer, oder Radiopharmakon, kann ein radioaktiv markierter Rezeptorligand oder
ein Molekül sein, das von Körperzellen aufgenommen wird, wie Zucker oder
Aminosäure. In der Hirntumordiagnostik hat sich in den letzten Jahren die 18Fmarkierte Aminosäure O-(2-[F-18]Fluorethyl)-L-tyrosin (FET) bewährt und kann
aufgrund der relativ langen Halbwertszeit von 109 Minuten vom Herstellungsort
über einige hundert Kilometer zu anderen nuklearmedizinischen Zentren
transportiert werden. Der Tracer wird intravenös injiziert und von Tumorzellen
über einen Aminosäuretransporter vermehrt aufgenommen. Zerfällt ein PositronenStrahler, so wird ein Positron emittiert, welches auf einer Strecke von etwa 0,5-2
mm seine Energie abgibt, bis es mit seinem Anti-Teilchen, dem Elektron, kollidiert
und dabei die Vernichtungsstrahlung in Form von zwei Photonen mit einer Energie
von je 511 keV in einem Winkel von 180° abgestrahlt wird. Treffen diese beiden
Photonen gleichzeitig auf zwei gegenüberliegende Detektorkristalle des PETScanners, kann die Position des Zerfalls im Körper bestimmt werden. Regionen mit
hoher FET-Aufnahme, wie z.B. Hirntumore, können so dynamisch über den
gesamten Zeitraum der PET-Messung (etwa 60 min) dargestellt und von Gewebe
mit geringer Anreicherung abgegrenzt werden. Alternativ ist eine statische
Einzelaufnahme von etwa 20 bis 40 Minuten nach Tracerinjektion möglich, welche
die Messung von einer höheren Anzahl Patienten im gleichen Zeitraum möglich
macht.
Diese liefert jedoch auf Grund fehlender Dynamik weniger Informationen über den
Metabolismus im Tumor. Für eine optimale Darstellung des Tumors in seiner
strukturellen Umgebung werden die metabolischen Bilddaten aus einer PETUntersuchung zumeist mit den anatomischen Daten einer MRT-Messung fusioniert
und verglichen.
Anwendung in der Hirntumordiagnostik
Das Standardverfahren zur Diagnostik von Hirntumoren ist heute die MRT mit
Kontrastmittelgabe. Jedoch sind viele Hirntumoren mit dieser Methode nur
unzureichend von gesundem Gewebe abzugrenzen und es kann durch therapeutisch
bedingte Veränderungen zu unspezifisch erhöhter Kontrastmittelanreicherung
kommen. Die Bestimmung der Tumorausdehnung für die Planung einer Operation
und/oder Strahlentherapie sowie die Beurteilung des Therapieerfolgs sind dann
erschwert. Mit der Methode der FET PET kann der Bereich der höchsten
Stoffwechselaktivität im Tumor für die optimale Führung einer Gewebsbiopsie
bestimmt werden, so dass die Art des Tumors und seine Malignität mit größerer
Sicherheit beurteilt werden können. Die histologische Beurteilung ist für das
therapeutische Vorgehen ausschlaggebend und trägt somit direkt zu einer
optimalen Behandlung der Tumorpatienten bei. Auch die verbesserte Darstellung
der Tumorausdehnung, im Vergleich zum MRT, erhöht die Chancen einer optimalen
Entfernung des Tumors, wenn eine chirurgische Entfernung möglich ist. Im
Rahmen der Verlaufskontrolle ist die Anreicherung von FET spezifischer als die
Kontrastmittelanreicherung in der MRT und erlaubt eine genauere Beurteilung des
Therapieerfolgs. Ein Beispiel hierfür ist die erhöhte Kontrastmittelaufnahme in
einer Radionekrose nach einer Strahlentherapie, die oft nur im FET PET von einer
Tumorprogression oder einem Rezidiv zu unterscheiden ist. Nicht notwendige
Therapien und deren Nebenwirkungen können so mit Hilfe der FET PET vermieden
werden. Umgekehrt kann eine verdeckte Tumorprogression bei bestimmten
Medikamenten, die auf die Bluthirnschranke wirken und somit die
Kontrastmittelaufnahme in der MRT reduzieren, mit der FET PET frühzeitig
aufgezeigt und alternative Therapien eingeleitet werden.
Prognostische Bedeutung der FET PET
Eine definitive Diagnose durch optimierte Biopsieführung, die über die Wahl der
Therapie entscheidet sowie deren Verlaufskontrolle sind wichtige Faktoren für eine
bestmögliche Behandlung des Patienten. Während eine geringe FET-Anreicherung
bei niedergradigen Hirntumoren ein prognostisch günstiges Zeichen ist, ist die
Bedeutung des Anreicherungsgrades zur Einschätzung des Malignitätsgrades bei
anderen Tumoren wenig hilfreich. Das Verhältnis der Menge der FET-Anreicherung
im Tumor zur Anreicherung im gesunden Gewebe, der sogenannte Tumor-HirnQuotient, ist ein Anhaltspunkt, jedoch kein sicheres Kriterium zur Einschätzung des
Malignitätsgrades. Der Überlappungsbereich dieses Wertes ist zwischen den
verschiedenen Malignitätsgraden (WHO I - IV) und unterschiedlichen Tumortypen
so groß, dass meist keine individuelle Zuordnung getroffen werden kann. Einige
Studien weisen jedoch auf einen Zusammenhang zwischen der Tracerkinetik im
Tumor und dem Malignitätsgrad hin: Steigt die Konzentration von FET im Tumor
über den Zeitraum der Messung stetig an, so spricht dies eher für einen
niedergradigen Tumor. Wenn der Zeitpunkt der höchsten FET-Anreicherung bereits
nach 15 bis 20 Minuten erreicht ist und danach wieder abfällt handelt es sich in der
Regel um einen hochgradigen Tumor. Die Progression zu einem höhergradigen
Tumor konnte in einigen Fällen mit der Veränderung einer ansteigenden zu einer
abfallenden Kinetik in Verbindung gebracht werden. Allerdings kann die
Anreicherungskinetik bei bestimmten Tumortypen abweichen. Des Weiteren ist der
Einfluss von Therapien und Medikamenten auf die Kinetik weitgehend ungeklärt,
sodass es weiterer Studien bedarf um die prognostische Bedeutung der FET-Kinetik
sowie deren Bedeutung für die Therapiekontrolle sicherer beurteilen zu können.
Wissenschaftliche Studien
Neben retrospektiven und prospektiven Patientenstudien, die die diagnostische
Aussagekraft der FET PET untersuchen und stetig neue Erkenntnisse liefern, finden
in Bezug auf spezielle Fragestellungen ebenfalls tierexperimentelle Studien statt. In
enger Anlehnung an Fragestellungen aus der klinischen Praxis, die aus ethischen
Gründen nicht an Patienten geklärt werden können, wird der
Anreicherungsmechanismus des Tracers, die Beeinflussung der Traceraufnahme
durch Medikamente und eventuelle Wechselwirkungen mit der
Aminosäurekonzentration im Blut (Nahrungsaufnahme) geprüft. Als Beispiel sei die
Beeinflussung der Tracerkinetik durch Glukokortikoide genannt, welche zur
Behandlung des Tumorödems bei Patienten regelmäßig zum Einsatz kommen. In
aktuellen Experimenten unserer Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass sich
die Anreicherungskinetik innerhalb eines Tumortyps bei wiederholten FET PETMessungen nicht ändert, also reproduzierbar ist. Somit können die tumortragenden
Tiere mit und ohne Gabe von Glukokortikoiden in einem Tier-PET untersucht
werden und Veränderungen der Kinetik und des Tumor-Hirn-Quotienten verglichen
werden. Durch anschließende histologische Untersuchungen kann geprüft werden,
ob die FET-Verteilung durch die Medikation beeinflusst wird. Diese und ähnliche
Erkenntnisse sind für die Beurteilung der FET PET bei Hirntumoren sehr wichtig,
denn eine Fehlinterpretation der PET Daten kann die Wahl der Therapie
beeinflussen und damit direkte Auswirkungen auf die Lebenserwartung und
Lebensqualität eines Patienten haben.
Ausblick
Trotz stetiger Verbesserungen in der Diagnostik und Behandlung von Hirntumoren
ist die Prognose unbefriedigend und die Überlebensdauer der Patienten kann bei
hochgradigen Tumoren trotz intensiver Therapien oft nur um wenige Monate
verlängert werden. Die zunehmende Verfügbarkeit der FET PET erleichtert, durch
optimierte Biopsieführung, eine treffsichere Diagnose, ein verbessertes
Therapiemonitoring und ein frühzeitiges Erkennen von Rezidiven. Jedoch ist die
Methode noch kein Standardverfahren wie z. B. die MRT. FET ist bislang kein
arzneimittelrechtlich zugelassenes Radiopharmakon und die Methode ist meist nur
in Universitätskliniken oder Forschungseinrichtungen verfügbar; auch die
Kostenübernahme durch die Krankenkassen ist nicht garantiert, obwohl
verschiedene Studien bereits auf eine hohe Kosteneffizienz des Verfahrens
hindeuten.
Weitere multizentrische Patientenstudien und tierexperimentelle Versuche sowie
Bestrebungen, eine arzneimittelrechtliche Zulassung zu erreichen, lassen darauf
hoffen, dass die FET PET in Zukunft häufiger für die Diagnose von Hirntumoren
eingesetzt werden kann.
Weitere Beiträge zum Thema: http://bit.ly/GIT-Diagnostik
Mehr Informationen zur Magnetresonanztherapie: http://bit.ly/GIT-MRT
Autor(en)
C. Stegmayr, , Prof. Karl-Josef Langen, Institut für Neurowissenschaften und
Medizin, Forschungszentrum Jülich
Kontaktieren
Forschungszentrum Jülich - Institut für Festkörperforschung
Leo-Brandt-Strasse
52428 Jülich
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