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- Johns Hopkins School of Medicine (18)
- Johns Hopkins University School of Medicine (5)
- Johns Hopkins School of Medicine, Baltimore, MD, U.S. (4)
- Department of Biomedical Imaging, National Cerebral and Cardiovascular Research Center, Suita, Japan (2)
- Division of Medical Technology and Science, Department of Medical Physics and Engineering, Course of Health Science, Osaka University Graduate School of Medicine, Suita Japan (2)
- Institut for Molecular Biology and CMBI, Department of Genomics, Stem Cell Biology and Regenerative Medicine, Leopold-Franzens-University Innsbruck, Innsbruck, Austria (2)
- Johns Hopkins School of Medicine, The Russell H Morgan Department of Radiology and Radiological Science, Baltimore, MD, USA (2)
- Bundeswehr Institute of Radiobiology affiliated to the University of Ulm, Munich, Germany (1)
- CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - the development agency of the Brazilian Federal Government (1)
- DAAD - Deutscher Akademischer Austauschdienst (1)
Published studies on the risk of radiation-induced second primary malignancy (SPM) after radioiodine treatment (RAI) of differentiated thyroid cancer (DTC) refer mainly to patients treated as middle-aged or older adults and are not easily generalizable to those treated at a younger age. Here we review available literature on the risk of breast cancer as an SPM after RAI of DTC with a focus on females undergoing such treatment in childhood, adolescence, or young adulthood. Additionally, we report the results of a preliminary international survey of patient registries from academic tertiary referral centers specializing in pediatric DTC. The survey sought to evaluate the availability of sufficient patient data for a potential international multicenter observational case–control study of females with DTC given RAI at an early age. Our literature review identified a bi-directional association of DTC and breast cancer. The general breast cancer risk in adult DTC survivors is low, ~2%, slightly higher in females than in males, but presumably lower, not higher, in those diagnosed as children or adolescents than in those diagnosed at older ages. RAI presumably does not substantially influence breast cancer risk after DTC. However, data from patients given RAI at young ages are sparse and insufficient to make definitive conclusions regarding age dependence of the risk of breast cancer as a SPM after RAI of DTC. The preliminary analysis of data from 10 thyroid cancer registries worldwide, including altogether 6,449 patients given RAI for DTC and 1,116 controls, i.e., patients not given RAI, did not show a significant increase of breast cancer incidence after RAI. However, the numbers of cases and controls were insufficient to draw statistically reliable conclusions, and the proportion of those receiving RAI at the earliest ages was too low.In conclusion, a potential international multicenter study of female patients undergoing RAI of DTC as children, adolescents, or young adults, with a sufficient sample size, is feasible. However, breast cancer screening of a larger cohort of DTC patients is not unproblematic for ethical reasons, due to the likely, at most slightly, increased risk of breast cancer post-RAI and the expected ~10% false-positivity rate which potentially produced substantial “misdiagnosis.”
Zielsetzung: Zur Therapieentscheidung bei Osteoporose stehen mehrere Algorithmen basierend auf klinischen Risikofaktoren mit oder ohne Berücksichtigung der Knochendichte zur Verfügung. Ziel der vorliegenden Arbeit ist der Vergleich zwischen dem WHO FRAX-Algorithmus und einem von der DVO (Dachverband Osteologie) entwickelten Algorithmus hinsichtlich der Entscheidung für eine Osteoporose-spezifische Therapie.
Methoden: Insgesamt wurden 300 konsekutive Patienten (231 Frauen, 69 Männer, im Alter von 40-88 Jahren) in die Studie eingeschlossen, bei denen mit dualer-Röntgen-Absorptiometrie (DXA) am Femurhals und der lumbalen Wirbelsäule und mit peripherer quantitativer Computertomographie (pQCT) am distalen Radius die Knochendichte gemessen wurde. Mit dem FRAX-Rechner wurde unter Berücksichtigung von 12 klinischen Risikofaktoren und der Knochendichte am Femurhals die 10-Jahres-Frakturwahrscheinlichkeit für eine Hüftfraktur und eine größere osteoporotische Fraktur ermittelt. Analog dazu erfolgte mit dem DVO-Algorithmus anhand von 21 klinischen Risikofaktoren und des T-Scores am Femurhals oder der lumbalen Wirbelsäule die Bestimmung einer Therapieempfehlung ja/nein. Odds-Ratios zur Beurteilung der relativen Einflussstärke der einzelnen Risikofaktoren (CRFs) wurden mit Hilfe der multivariaten logistischen Regressionsanalyse berechnet. Der McNemar-Test kam zur Anwendung, um signifikante Unterschiede in der Häufigkeitsverteilung von Patienten mit positiver Therapieempfehlung bei FRAX und DVO zu ermitteln.
Ergebnisse: Beim Vergleich des Gesamtkollektivs zeigte sich ein statistisch signifikanter Unterschied (p<0.01) hinsichtlich der Anzahl der Patienten mit Empfehlung zur Therapie: FRAX 12% (36 absolut), DVO 30,3% (91 absolut). Das Gleiche gilt für die relative Einflussstärke der CRFs, ausgedrückt als Odds Ratio (OR): CRFs mit dem stärkstem Einfluss auf die Therapieentscheidung bei FRAX: Vorausgehende Fraktur (OR 48), Hüftfraktur der Eltern (OR 36,6) und Glukokortikoide (OR 34,4). Die entsprechenden CRFs bei DVO unter Einschluss des T-Scores am Femur: Glukokortikoide (OR 120), Rheumatoide Arthritis (29,3) und häufige Stürze (OR 16). Die einflussreichsten CRFs bei DVO unter Berücksichtigung des T-Scores an der LWS: TSH< 0,3mU/I (OR 660,6), Rheumatoide Arthritis (OR 440) und multiple Stürze (OR 250,8).
Schlussfolgerung: FRAX und DVO liefern signifikant unterschiedliche Ergebnisse sowohl im Hinblick auf die Anzahl der Patienten mit Therapieempfehlung als auch was die Einflussstärke der berücksichtigten CRFs betrifft. Beim DVO-Algorithmus werden Risikofaktoren wie ein supprimierter TSH-Wert (Schilddrüsenstimulierendes Hormon) einbezogen, deren Evidenz nicht eindeutig geklärt ist, die aber starken Einfluss auf die Therapieentscheidung gewinnen, wenn man beim DVO-Algorithmus den T-Score an der LWS mitberücksichtigt.
Purpose
The aim of this study was to compare the wave‐CAIPI (controlled aliasing in parallel imaging) trajectory to the Cartesian sampling for accelerated free‐breathing 4D lung MRI.
Methods
The wave‐CAIPI k‐space trajectory was implemented in a respiratory self‐gated 3D spoiled gradient echo pulse sequence. Trajectory correction applying the gradient system transfer function was used, and images were reconstructed using an iterative conjugate gradient SENSE (CG SENSE) algorithm. Five healthy volunteers and one patient with squamous cell carcinoma in the lung were examined on a clinical 3T scanner, using both sampling schemes. For quantitative comparison of wave‐CAIPI and standard Cartesian imaging, the normalized mutual information and the RMS error between retrospectively accelerated acquisitions and their respective references were calculated. The SNR ratios were investigated in a phantom study.
Results
The obtained normalized mutual information values indicate a lower information loss due to acceleration for the wave‐CAIPI approach. Average normalized mutual information values of the wave‐CAIPI acquisitions were 10% higher, compared with Cartesian sampling. Furthermore, the RMS error of the wave‐CAIPI technique was lower by 19% and the SNR was higher by 14%. Especially for short acquisition times (down to 1 minute), the undersampled Cartesian images showed an increased artifact level, compared with wave‐CAIPI.
Conclusion
The application of the wave‐CAIPI technique to 4D lung MRI reduces undersampling artifacts, in comparison to a Cartesian acquisition of the same scan time. The benefit of wave‐CAIPI sampling can therefore be traded for shorter examinations, or enhancing image quality of undersampled 4D lung acquisitions, keeping the scan time constant.
Die therapeutischen Möglichkeiten des metastasierten Prostatakarzinoms (Pca) haben sich durch die neuen Substanzen Docetaxel und Abirateron deutlich verbessert.
Das prostataspezifische Membranantigen (PSMA) stellt für die Diagnose und Therapie des Pca´s einen vielversprechenden Angriffspunkt dar. PSMA wird in Prostatakarzinomzellen überexprimiert und dient als Zielstruktur für nicht-invasives bildgebendes Verfahren und Lutetium-177-PSMA-Radioligandentherapie als Therapieoption.
Der CXCR4-Rezeptor wird an unterschiedlichen Zelltypen und Organen exprimiert. Seine Überexpression wird mit einer Metastasierung und schlechter Prognose assoziiert.
Gallium-68-PSMA PET/CT liefert genaue Kenntnisse bezüglich Ausbreitung und Fortschreiten des Tumorgeschehens.
Die vorliegende Arbeit untersucht die Zusammenhänge zwischen Expression von PSMA und CXCR4 in Verbindung mit etablierten Therapeutika und versucht Wege aufzuzeichnen, welche durch Erhöhung der PSMA-Expression zur verbesserten Sensitivität des PSMA PET/CT führen könnten, wodurch der personalisierte Therapieansatz weiter optimiert werden kann.
Die präklinische Forschung stellt den ersten wichtigen Meilenstein in der Klärung und Untersuchung klinisch-relevanter Erkrankungen dar. Darüber hinaus unterstützt die präklinische Forschung erheblich die Entwicklung von Therapien. Die Kleintier-Positronenemissionstomographie (µ-PET) spielt dabei eine wichtige Rolle, da sie in der Lage ist, funktionelle, physiologische und biochemische Prozesse in vivo darzustellen und zu quantifizieren. Trotz diverser etablierter PET-Datenauswertungs-Programme bleibt die Analyse von in vivo akquirierten Bilddaten aufgrund der Vielzahl an medizinischen Fragestellungen, der Komplexität der Krankheitsbilder, sowie der Etablierung neuer Radiotracer weiterhin eine große Herausforderung in der Medizin. Ziel dieser Doktorarbeit ist es daher, ein geeignetes, brauchbares Auswertungstool für eine einfache und effiziente Analyse von akquirierten µ-PET-Daten zu entwickeln und zu etablieren, welches das Spektrum bereits vorhandener Programme erweitert. Das entwickelte nuklearmedizinische Datenverarbeitungs-Analyseprogramm (engl. nuclear medicine data processing analysis tool, NU_DPA) wurde in Matlab implementiert und anhand dreier präklinischer Versuchs- bzw. Testreihen erprobt und etabliert. Bei den Datenreihen handelt es sich um µ-PET-Datensätze verschiedener Schlaganfall-Rattenhirnmodelle unter Verwendung folgender Radiotracer. Zum einen die im Gehirn homogen akkumulierende 2-[18F]Fluor-2-desoxy-glukose ([18F]FDG) zum anderen das spezifisch an P-Selektin anreichernde [68Ga]Fucoidan.
Das NU_DPA umfasst die automatische Selektion des Zielvolumens (volume-of-interest, VOI) aus dem vollständigen PET-Bild und die anschließende Ausrichtung des VOI mit Hilfe eines PET-Templates (gemittelter PET-Datensatz). Dieses PET Template wird aus den eigenen akquirierten PET-Daten erstellt. Durch das Einbinden eines geeigneten anatomischen MRT-Atlas‘ (anpassbar) können die ausgerichteten PET-Daten einzelnen, Atlas-spezifischen Teilregionen zugeordnet werden. Eine solche Subklassifikation des VOI erlaubt eine genauere Betrachtung und Auswertung der Radiotracer-Akkumulation.
Des Weiteren bietet NU_DPA die Möglichkeit einer semiquantitativen Auswertung der PET-Bilddaten anhand von drei unterschiedlichen Parametern, der normalisierten Aktivität, dem Standardized Uptake Value und der Uptake Ratio. Durch die Matlab-integrierten Statistik-Algorithmen ist zusätzlich eine Möglichkeit der statistischen Auswertung der zuvor berechneten Parameter gegeben. Das NU_DPA-Programm stellt somit ein semi-automatisiertes Datenauswertungs-Programm dar, das sowohl die Registrierung als auch die semiquantitative Auswertung von PET-Bilddaten innerhalb einer Versuchsreihe ermöglicht und bereits erfolgreich für die Radiotracer [18F]FDG und [68Ga]Fucoidan in Tiermodellen getestet wurde. Nach derzeitigem Kenntnisstand ist kein Datenauswertungs-Programm bekannt, das PET-Bilddaten unter Verwendung des hinzugefügten Atlas‘ semi-automatisiert analysieren kann und potenziell für homogene und Target-spezifisch akkumulierende Radiotracer geeignet ist.
Analysis of cerebral glucose metabolism following experimental subarachnoid hemorrhage over 7 days
(2023)
Little is known about changes in brain metabolism following SAH, possibly leading towards secondary brain damage. Despite sustained progress in the last decade, analysis of in vivo acquired data still remains challenging. The present interdisciplinary study uses a semi-automated data analysis tool analyzing imaging data independently from the administrated radiotracer. The uptake of 2-[18F]Fluoro-2-deoxy-glucose ([\(^{18}\)F]FDG) was evaluated in different brain regions in 14 male Sprague–Dawley rats, randomized into two groups: (1) SAH induced by the endovascular filament model and (2) sham operated controls. Serial [\(^{18}\)F]FDG-PET measurements were carried out. Quantitative image analysis was performed by uptake ratio using a self-developed MRI-template based data analysis tool. SAH animals showed significantly higher [\(^{18}\)F]FDG accumulation in gray matter, neocortex and olfactory system as compared to animals of the sham group, while white matter and basal forebrain region showed significant reduced tracer accumulation in SAH animals. All significant metabolic changes were visualized from 3 h, over 24 h (day 1), day 4 and day 7 following SAH/sham operation. This [\(^{18}\)F]FDG-PET study provides important insights into glucose metabolism alterations following SAH—for the first time in different brain regions and up to day 7 during course of disease.
AimIn PET imaging, the different types of radiotracers and accumulations, as well as the diversity of disease patterns, make the analysis of molecular imaging data acquired in vivo challenging. Here, we evaluate and validate a semi-automated MRI template-based data analysis tool that allows preclinical PET images to be aligned to a self-created PET template. Based on the user-defined volume-of-interest (VOI), image data can then be evaluated using three different semi-quantitative parameters: normalized activity, standardized uptake value, and uptake ratio.
Materials and MethodsThe nuclear medicine Data Processing Analysis tool (NU_DPA) was implemented in Matlab. Testing and validation of the tool was performed using two types of radiotracers in different kinds of stroke-related brain diseases in rat models. The radiotracers used are 2-[\(^{18}\)F]fluoro-2-deoxyglucose ([\(^{18}\)F]FDG), a metabol\(^{68}\)Ga]Ga-Fucoidan, a target-selective radioligand specifically binding to p-selectin. After manual image import, the NU_DPA tool automatically creates an averaged PET template out of the acquired PET images, to which all PET images are then aligned onto. The added MRI template-based information, resized to the lower PET resolution, defines the VOI and also allows a precise subdivision of the VOI into individual sub-regions. The aligned PET images can then be evaluated semi-quantitatively for all regions defined in the MRI atlas. In addition, a statistical analysis and evaluation of the semi-quantitative parameters can then be performed in the NU_DPA tool.
ResultsUsing ischemic stroke data in Wistar rats as an example, the statistical analysis of the tool should be demonstrated. In this [\(^{18}\)F]FDG-PET experiment, three different experimental states were compared: healthy control state, ischemic stroke without electrical stimulation, ischemic stroke with electrical stimulation. Thereby, statistical data evaluation using the NU_DPA tool showed that the glucose metabolism in a photothrombotic lesion can be influenced by electrical stimulation.
ConclusionOur NU_DPA tool allows a very flexible data evaluation of small animal PET data in vivo including statistical data evaluation. Using the radiotracers [\(^{18}\)F]FDG and [\(^{68}\)Ga]Ga-Fucoidan, it was shown that the semi-automatic MRI-template based data analysis of the NU_DPA tool is potentially suitable for both metabolic radiotracers as well as target-selective radiotracers.
Ziel: Studie zur Klärung der Veränderung der intrathyreoidalen Iodkonzentration nach intravenöser Applikation nicht-ionischer Röntgenkontrastmittel (Iomeprol-300; KM) sowie der Wirksamkeit einer Prophylaxe mit Perchlorat (1380 mg/d) zur Blockade der thyreoidalen Iodaufnahme. Probanden und Methoden: 12 Probanden erhielten 100 ml Iomeprol-300 intravenös, dazu zusätzlich o.g. Perchloratprophylaxe. 12 weiteren Probanden wurde lediglich 100 ml Iomeprol-300 intravenös appliziert. Vor sowie 0,2, 1, 3, 5, 7, 24, 48, 72 und 96 Stunden nach Kontrastmittelgabe wurde die intrathyreoidale Iodkonzentration mittels Röntgenfluoreszenzanalyse bestimmt. Ergebnisse, Schlussfolgerung: Unter Perchlorat veränderte sich die intrathyreodiale Iodkonzentration nicht. Ohne Perchloratprophylaxe sinkt der Iodgehalt der Schilddrüse bei einer initial hohen intrathyreoidalen Iodkonzentration nach Kontrastmittelgabe ab (722 +/- 66 µg/ml vor, 670 +/- 65 µg/ml nach KM; p=0,046), bei initial niedriger Konzentration wird Iod in die Schilddrüse eingelagert (327 +/- 40 µg/ml vor, 381 +/- 25 µg/ml nach KM; p=0,046). Der Effekt, obwohl signifikant, scheint zu gering, um für einen Patienten mit gesunder Schilddrüse die Gefahr einer iodinduzierten Funktionsstörung der Schilddrüse verursachen zu können und kann durch die tägliche Gabe von 1,4 g Perchlorat verhindert werden.
Background: Cancer patients are increasingly treated with alpha-particle-emitting radiopharmaceuticals. At the subcellular level, alpha particles induce densely spaced ionizations and molecular damage. Induction of DNA lesions, especially clustered DNA double-strand breaks (DSBs), threatens a cell's survival. Currently, it is under debate to what extent the spatial topology of the damaged chromatin regions and the repair protein arrangements are contributing. Methods: Super-resolution light microscopy (SMLM) in combination with cluster analysis of single molecule signal-point density regions of DSB repair markers was applied to investigate the nano-structure of DNA damage foci tracks of Ra-223 in-solution irradiated leukocytes. Results: Alpha-damaged chromatin tracks were efficiently outlined by γ-H2AX that formed large (super) foci composed of numerous 60–80 nm-sized nano-foci. Alpha damage tracks contained 60–70% of all γ-H2AX point signals in a nucleus, while less than 30% of 53BP1, MRE11 or p-ATM signals were located inside γ-H2AX damage tracks. MRE11 and p-ATM protein fluorescent tags formed focal nano-clusters of about 20 nm peak size. There were, on average, 12 (±9) MRE11 nanoclusters in a typical γ-H2AX-marked alpha track, suggesting a minimal number of MRE11-processed DSBs per track. Our SMLM data suggest regularly arranged nano-structures during DNA repair in the damaged chromatin domain.
Nach einem Myokardinfarkt setzen Wundheilungsprozesse ein, um die Durchblutung wieder herzustellen und nekrotisches Muskelgewebe durch Narbengewebe zu ersetzen. Die Einsprossung neuer Kapillaren vom bestehenden Gefäßnetz aus wird als Angiogenese bezeichnet. Das dabei vermehrt exprimierte proteolytische Enzym Aminopeptidase N (APN) spielt eine entscheidende Rolle bei der Einsprossung von Endothelzellen. Beim kardialen Remodeling werden abgestorbene Myozyten mithilfe der Einwanderung von Fibroblasten durch Binde- oder Stützgewebe ersetzt, dabei übernimmt das Fibroblasten-Aktivierungs-Protein alpha (FAP) Aufgaben bei der Proliferation und Fortbewegung von Fibroblasten.
Durch ihre erhöhte Expression bei den Wundheilungs- und Remodelingprozessen nach einem Herzinfarkt stellen die Metalloprotease APN und die Serinprotease FAP molekulare Targets für die Diagnostik und Therapie dar. Als Diagnosemethode besonders geeignet ist die Positronen-Emissions-Tomographie (PET), die es ermöglicht, biochemische Prozesse in Echtzeit im zu untersuchenden Organismus zu visualisieren und zu quantifizieren. Eine als Radiopharmakon oder Tracer bezeichnete biochemische Sonde kann im Falle eines Enzyms dessen radioaktiv markiertes Substrat oder ein Inhibitor sein.
Ziel dieser Arbeit war es, spezifische APN- und FAP-affine Tracer für die nicht-invasive Untersuchung der APN- und FAP-Expression mittels PET zu entwickeln und dadurch die Rolle von APN und FAP bei Remodelingprozessen nach Myokardinfarkt besser verstehen bzw. klären zu können.
Um die Protease APN mittels PET zu untersuchen, wurden die für APN affine Verbindung NOTA-NGR (Komplexbildner + cyclisches Peptid inkl. Asparagin-Glycin-Arginin) mit dem Positronen-emittierenden Nuklid Gallium-68 (68Ga) markiert. Das Potential von 68Ga-NOTA-NGR als PET-Tracer wurde in vivo am Infarktmodell mittels Kleintier-PET untersucht und mit 68Ga-NOTA-RGD, einem zur Visualisierung des neo-angiogenetischen alphavbeta3-Integrins etablierten Tracer, verglichen. Untersuchungen ergaben, dass 68Ga-NOTA-NGR einen vielversprechenden neuen PET-Tracer für die Visualisierung und Quantifizierung der APN-Expression im Rahmen der Angiogenese nach einem Myokardinfarkt darstellt. 68Ga-NOTA-NGR zeigte eine erhöhte Aufnahme im Bereich des Myokardinfarkts im Sinne einer vermehrten Angiogenese. Die Aufnahme des Tracers in infarzierten Arealen war quantitativ höher als in der Untersuchung mit 68Ga-NOTA-RGD. In Autoradiographie-Experimenten wurde 68Ga-NOTA-NGR ex vivo untersucht. Die Akkumulation von 68Ga-NOTA-NGR im ischämischen Bereich war deutlich höher als im gesunden Myokard. Der Nachweis der unterschiedlichen Bereiche des Herzens erfolgte mit HE-Färbung.
Die Expression von APN wurde immunohistochemisch mittels spezifischer Antikörper bestätigt. Zum Vergleich wurden ebenso einige andere an der Angiogenese beteiligte Faktoren untersucht. APN stellte sich auch hier als geeignetes Target zum Nachweis der Angiogenese heraus.
Um die Protease FAP mittels PET zu untersuchen, wurden eine Reihe peptidomimetischer Inhibitoren, die die Erkennungssequenz Glycin-Prolin mit einer Carbonitril-Gruppe als elektrophiler Einheit zur kovalent-reversiblen Hemmung des Enzyms enthalten, entwickelt. Ausgehend vom N-Acetylglycin-pyrrolidin-(2S)-carbonitril als Leitstruktur wurden Inhibitoren und Vorstufen zur Radiomarkierung inkl. verschieden substituierter Benzoesäuren dargestellt. Zusätzlich wurden noch bereits bekannte Inhibitoren synthetisiert, die zum Vergleich in den Enzymassays dienten.
Drei Verbindungen zeigten gute inhibitorische Wirkung an FAP und außerdem Selektivität gegenüber DPP IV. Keine der entwickelten Verbindungen zeigte einen KI-Wert im nanomolaren Bereich, erforderlich für einen potentiellen Tracer zur in-vivo-Visualisierung einer Enzymexpression mittels PET.
Um die Inhibitoren mit der besten Hemmung an FAP zum PET-Tracer weiterzuentwickeln, mussten sie mit einem Positronenemitter markiert werden. Die Markierung erfolgte über Isotopenaustausch, bei dem nicht-radioaktives Iod am aromatischen Ring des Precursors durch das radioaktive Iod-124 (124I) substituiert wurde. Es konnten dadurch die radioiodierten Verbindungen 1-(2-[124I]Iodhippursäure)-pyrrolidin-(2S)-carbonitril und 1-(4-[124I]Iod-hippursäure)-pyrrolidin-(2S)-carbonitril synthetisiert werden.
Trotz der relativ niedrigen Affinität für FAP wurde das neue 1-(2-[124I]Iodhippursäure)-pyrrolidin-(2S)-carbonitril in Ratten am Infarktmodell mittels Kleintier-PET getestet. Die Lage der ischämischen Zone wurde im Anschluss durch HE-Färbung bestimmt. In vivo zeigte sich eine nur sehr geringe Aufnahme des Radiopharmakons in der ischämischen Zone des Myokards. Damit ist 1-(2-[124I]Iod-hippursäure)-pyrrolidin-(2S)-carbonitril kein für den gewünschten Zweck geeigneter PET-Tracer. Nichtsdestotrotz war der Ansatz vielversprechend und es wurde zum ersten Mal ein PET-Tracer dieser Art zur Untersuchung des FAP im Myokardinfarkt hergestellt.
The objective of this prospective observational controlled study was to evaluate potential effects and dose-response relationship of LT4 administration on BMD, parameters of bone and muscle strength, and biochemical variables of calcium homoeostasis and bone turnover.Ninety-seven men and pre-menopausal women after near total thyroidectomy and ¹³¹I remnant ablation for well-differentiated thyroid carcinoma or after strumectomy for non-toxic goitre were stratified by degree of TSH suppression and by gender in three subgroups: 28 men and 46 women on LT4 suppressive treatment and 23 women on LT4 replacement therapy. Patients were matched for age, gender and BMI to 89 healthy controls with a negative history of thyroid disease. Patients and controls were followed and studied for a mean time of 1.1±0.2 years. Peripheral volumetric total and trabecular BMD as well as bone strength (pQCT) were determined at the ultra-distal radius. Central areal BMD (DXA) was measured at the lumbar spine, left and right femoral neck as well as left and right total hip. Maximum grip strength (dynamometer) of the non-dominant forearm and serum markers of calcium and bone metabolism were assessed. BMD at the axial skeleton and muscle strength were not impaired by LT4 medication irrespective of gender, underlying diagnosis or treatment regimen. By contrast, a general trend of inversely affected total and trabecular BMD and of decreased bone strength was detected at the ultra-distal radius. Only in women on LT4 suppressive treatment, loss of total BMD at the ultra-distal radius reached a level of high significance. In women on LT4 replacement therapy, a significant decline of maximum grip strength appeared in comparison with female controls, while appendicular total and trabecular BMD as well as bone strength remained unchanged and did not differ from respective controls. In men on LT4 suppressive treatment, greater reduction of bone strength as compared to female thyroid cancer patients was marginally significant. Calcium balance was stable and serum concentrations of bone metabolism markers levelled off or rather decreased contradicting (high turnover) bone loss. The study did not reveal any dose-related differential influence of LT4 administration either on primary or secondary study endpoints in female patients. A gender-related difference of bone strength in response to LT4 suppressive treatment might not be excluded, as male thyroid cancer patients showed greater decline of bone strength despite unaffected peripheral BMD and muscle strength. In conclusion, there was only little evidence of adverse LT4 effects. For the most part, LT4 administration irrespective of degree of TSH suppression was not associated with low or accelerated loss of BMD at the peripheral and central skeleton and loss of bone and muscle strength, a finding also confirmed biochemically. The ultra-distal radius as a non-weight bearing skeletal site might be at risk for BMD reduction. According to the results, pre-menopausal women on LT4 suppressive therapy might be at risk of bone loss. The more complex approach of this study also took into account biomechanical qualities of bone material as well as structural and geometrical characteristics of bone architecture implying a causal muscle-bone interrelationship.
SIRT Was Given Short Shrift
(2014)
Paradigm Shift
(2013)
Background:
Irradiation with α-particles creates densely packed damage tracks along particle trajectories in exposed cells, including complex DNA damage and closely spaced double-strand breaks (DSBs) in hit nuclei. Here, we investigated the correlation of the absorbed dose to the blood and the number of α-induced DNA damage tracks elicited in human blood leukocytes after ex-vivo in-solution exposure with Ra-224. The aim was to compare the data to previously published data on Ra-223 and to investigate differences in DNA damage induction between the two radium isotopes.
Results:
Blood samples from three healthy volunteers were exposed ex-vivo to six different concentrations of Ra-224 dichloride. Absorbed doses to the blood were calculated assuming local energy deposition of all α- and β-particles of the Ra-224 decay chain, ranging from 0 to 127 mGy. γ-H2AX + 53BP1 DNA damage co-staining and analysis was performed on ethanol-fixed leukocytes isolated from the irradiated blood samples. For damage quantification, α-induced DNA damage tracks and small γ-H2AX + 53BP1 DSB foci were enumerated in the exposed leukocytes. This revealed a linear relationship between the frequency of α-induced γ-H2AX damage tracks and the absorbed dose to the blood, while the frequency of small γ-H2AX + 53BP1 DSB foci indicative of β-irradiation was similar to baseline values.
Conclusions:
Our data provide a first estimation of the DNA damage induced by Ra-224 in peripheral blood mononuclear cells. A comparison with our previously published Ra-223 data suggests that there is no difference in the induction of radiation-induced DNA damage between the two radium isotopes due to their similar decay properties.
Purpose
One therapy option for prostate cancer patients with bone metastases is the use of [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_{2}\). The α-emitter \(^{223}\)Ra creates DNA damage tracks along α-particle trajectories (α-tracks) in exposed cells that can be revealed by immunofluorescent staining of γ-H2AX+53BP1 DNA double-strand break markers. We investigated the time- and absorbed dose-dependency of the number of α-tracks in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of patients undergoing their first therapy with [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_{2}\).
Methods
Multiple blood samples from nine prostate cancer patients were collected before and after administration of [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_{2}\), up to 4 weeks after treatment. γ-H2AX- and 53BP1-positive α-tracks were microscopically quantified in isolated and immuno-stained PBMCs.
Results
The absorbed doses to the blood were less than 6 mGy up to 4 h after administration and maximally 16 mGy in total. Up to 4 h after administration, the α-track frequency was significantly increased relative to baseline and correlated with the absorbed dose to the blood in the dose range < 3 mGy. In most of the late samples (24 h - 4 weeks after administration), the α-track frequency remained elevated.
Conclusion
The γ-H2AX+53BP1 assay is a potent method for detection of α-particle-induced DNA damages during treatment with or after accidental incorporation of radionuclides even at low absorbed doses. It may serve as a biomarker discriminating α- from β-emitters based on damage geometry.
Aim
The aim of this study was to provide a systematic approach to characterize DNA damage induction and repair in isolated peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) after internal ex vivo irradiation with [\(^{131}\)I]NaI. In this approach, we tried to mimic ex vivo the irradiation of patient blood in the first hours after radioiodine therapy.
Material and methods
Blood of 33 patients of two centres was collected immediately before radioiodine therapy of differentiated thyroid cancer (DTC) and split into two samples. One sample served as non-irradiated control. The second sample was exposed to ionizing radiation by adding 1 ml of [\(^{131}\)I]NaI solution to 7 ml of blood, followed by incubation at 37 °C for 1 h. PBMCs of both samples were isolated, split in three parts each and (i) fixed in 70% ethanol and stored at − 20 °C directly (0 h) after irradiation, (ii) after 4 h and (iii) 24 h after irradiation and culture in RPMI medium. After immunofluorescence staining microscopically visible co-localizing γ-H2AX + 53BP1 foci were scored in 100 cells per sample as biomarkers for radiation-induced double-strand breaks (DSBs).
Results
Thirty-two of 33 blood samples could be analysed. The mean absorbed dose to the blood in all irradiated samples was 50.1 ± 2.3 mGy. For all time points (0 h, 4 h, 24 h), the average number of γ-H2AX + 53BP1 foci per cell was significantly different when compared to baseline and the other time points. The average number of radiation-induced foci (RIF) per cell after irradiation was 0.72 ± 0.16 at t = 0 h, 0.26 ± 0.09 at t = 4 h and 0.04 ± 0.09 at t = 24 h. A monoexponential fit of the mean values of the three time points provided a decay rate of 0.25 ± 0.05 h\(^{−1}\), which is in good agreement with data obtained from external irradiation with γ- or X-rays.
Conclusion
This study provides novel data about the ex vivo DSB repair in internally irradiated PBMCs of patients before radionuclide therapy. Our findings show, in a large patient sample, that efficient repair occurs after internal irradiation with 50 mGy absorbed dose, and that the induction and repair rate after \(^{131}\)I exposure is comparable to that of external irradiation with γ- or X-rays.
In der Nuklearmedizin werden radioaktive Substanzen eingesetzt, um zu therapeutischen Zwecken gezielt bösartiges Gewebe zu zerstören oder in diagnostischen Anwendungen Stoffwechselvorgänge bildlich darzustellen. Die ionisierende Strahlung der eingesetzten Radionuklide kann jedoch auch DNA-Schäden in gesunden Zellen verursachen. DNA-Doppelstrangbrüche gehören dabei zu den kritischsten Läsionen, da sie schwer zu reparieren sind und eine fehlerhafte Reparatur zu Mutationen oder zum Zelltod führen kann. Während Radionuklidtherapien ist daher in Risikoorganen darauf zu achten, dass die deponierte Energie pro Masse, die Energiedosis, bestimmte Werte nicht überschreitet. Zu diesen Risikoorganen gehört auch das blutbildende System. Da eine Abschätzung der Energiedosis im Knochenmark häufig über die Bestimmung der Energiedosis im Blut als Surrogat erfolgt, ist deren Kenntnis von besonderem Interesse.
In dieser Arbeit wurden daher Berechnungen der Energiedosis im Blut nach interner Bestrahlung durchgeführt und die Ergebnisse mit der Anzahl an strahlungsinduzierten DNA-Doppelstrangbrüchen in PBMCs korreliert. Zur Quantifizierung der DNA-Schäden wurden die Biomarker \(\gamma\)-H2AX und 53BP1 verwendet, die nach Entstehung eines Doppelstrangbruchs um diesen akkumulieren und sich durch Immunfluoreszenzfärbung als mikroskopische Foci sichtbar machen und quantifizieren lassen. Dadurch ermöglicht der \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Assay einen quantitativen Nachweis strahlungsinduzierter Doppelstrangbrüche. Somit konnten im Rahmen dieser Arbeit neue Kenntnisse über die Dosisabhängigkeit von DNA-Schäden in PBMCs während interner Bestrahlung mit unterschiedlichen Radionukliden sowohl ex vivo als auch in vivo gewonnen werden.
Ex-vivo-Untersuchungen haben den Vorteil, dass sie unter gleichbleibenden, gut definierten Bedingungen durchgeführt werden können und somit eine Analyse der Induktion von Doppelstrangbrüchen bei festgelegten Energiedosen und einer konstanten Bestrahlungsdauer erlauben. In dieser Arbeit wurden Blutproben von gesunden Versuchspersonen durch Zugabe von Radionukliden in bestimmten Aktivitätskonzentrationen eine Stunde lang intern bestrahlt. Für die Bestrahlung wurden die \(\alpha\)-Emitter \(^{223}\)Ra und \(^{224}\)Ra, die \(\beta\)\(^{-}\)-Emitter \(^{177}\)Lu und \(^{90}\)Y, der \(\beta\)\(^{+}\)-Emitter \(^{68}\)Ga und der \(\gamma\)-Emitter \(^{99m}\)Tc verwendet. Der untersuchte Energiedosisbereich lag zwischen 5 mGy und 136 mGy.
Nach der Bestrahlung von Blutproben mit \(\beta\)- beziehungsweise \(\gamma\)-Emittern wurde beobachtet, dass die Anzahl der strahlungsinduzierten \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Foci (RIF) in den PBMCs linear mit der Energiedosis im Blut ansteigt. Zudem zeigte sich, dass die Induktion der RIF unabhängig vom verwendeten Radionuklid und unabhängig von der Versuchsperson ist.
Nach der Bestrahlung von Blutproben mit \(\alpha\)-Emittern waren zusätzlich zu den nach Expositionen mit \(\beta\)- beziehungsweise \(\gamma\)-Emittern beobachteten kleinen, runden Foci auch \(\gamma\)-H2AX+53BP1 enthaltende Spuren \(\alpha\)-Spuren) in den Zellkernen erkennbar, welche die Trajektorien der emittierten \(\alpha\)-Teilchen darstellten. Es konnte gezeigt werden, dass die Anzahl dieser \(\alpha\)-Spuren linear mit der Energiedosis im Blut zunimmt und damit ein geeigneter Parameter für die Biodosimetrie nach Expositionen mit \(\alpha\)-emittierenden Radionukliden ist.
Auch in vivo wurde die Dosisabhängigkeit der DNA-Doppelstrangbrüche während der internen Bestrahlung durch Radionuklide mit unterschiedlichen Emissionseigenschaften untersucht. Aufgrund der neuen, vielversprechenden Entwicklungen von Radiopharmaka zur Therapie und Diagnostik des Prostatakarzinoms in den letzten Jahren wurden dafür Blutproben von Prostatakarzinom-Patienten während Therapie mit [\(^{177}\)Lu]Lu-PSMA I&T, während PET/CT-Diagnostik mit [\(^{68}\)Ga]Ga-PSMA I&T und während Therapie mit [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_2\) untersucht.
Während Therapie mit [\(^{177}\)Lu]Lu-PSMA I&T zeigte sich, dass die Anzahl der RIF in den ersten Stunden nach Therapiebeginn durch eine lineare Anpassungskurve angenähert werden kann, die mit der Energiedosis im Blut ansteigt, gefolgt von einem Rückgang der RIF zu späteren Zeitpunkten, der durch die DNA-Reparatur erklärt werden kann. Die gesamte Energiedosis im Blut lag im Mittel bei (109 \(\pm\) 28) mGy. Der linear dosisabhängige Anstieg der RIF zu Therapiebeginn gleicht der dosisabhängigen Induktion der RIF ex vivo nach Bestrahlung mit \(\beta\)- und \(\gamma\)-emittierenden Radionukliden und kann gut mit der entsprechenden Ex-vivo-Kalibrierkurve beschrieben werden. Zu späteren Zeitpunkten (48 h und 96 h nach Verabreichung) konnte in dieser Arbeit eine lineare Korrelation zwischen der Anzahl der noch verbleibenden RIF und der Dosisleistung nachgewiesen werden. Eine signifikante Korrelation der Anzahl der RIF 96 h nach Verabreichung mit dem PSA-Wert deutet zudem darauf hin, dass ein Zusammenhang mit klinischen Parametern besteht.
Ein signifikanter Anstieg der \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Foci konnte auch nach Verabreichung von [\(^{68}\)Ga]Ga-PSMA I&T für diagnostische PET/CT-Untersuchungen beobachtet werden, obwohl die Energiedosen im Blut bis zum PET/CT-Scan nur < 3 mGy betrugen. Im Vergleich zur Ex-vivo-Kalibrierkurve war die Steigung der linearen Anpassungskurve in vivo im Bereich < 3 mGy in dieser Studie etwa um ein Zehnfaches höher, was auf eine mögliche Hypersensitivität im Niedrigdosisbereich hindeuten könnte. Der Beitrag der CT zur Energiedosis im Blut konnte durch Ex-vivo-Experimente auf etwa 12 mGy abgeschätzt werden.
Auch während Therapie mit [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_2\) lagen die berechneten Energiedosen im Blut im Niedrigdosisbereich < 17 mGy. Trotzdem konnten in dieser Studie erstmalig \(\alpha\)-Spuren in vivo nach der Verabreichung eines \(\alpha\)-emittierenden Radionuklids quantifiziert werden, deren Anzahl 3 h und 4 h nach Verabreichung des Radiopharmakons signifikant erhöht war. Auch zu späten Zeitpunkten, bis vier Wochen nach Therapiebeginn, waren noch \(\alpha\)-Spuren nachweisbar, was auf eine unvollständige Reparatur der komplexen, durch die \(\alpha\)-Teilchen induzierten DNA-Schäden hinweisen könnte. Leider erlaubte die geringe Anzahl an Patienten und Datenpunkten keine zuverlässigen Korrelationen mit der Energiedosis oder mit klinischen Parametern.
Nachdem in dieser Arbeit gezeigt werden konnte, dass DNA-Schäden nach interner Bestrahlung mit \(\alpha\)-, \(\beta\)- und \(\gamma\)-emittierenden Radionukliden mit Hilfe des \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Assays zuverlässig nachgewiesen und anhand der Schadensgeometrie unterschieden werden können, wäre es in Zukunft interessant, DNA-Schäden auch nach Bestrahlung mit Radionuklidgemischen zu untersuchen. Dies könnte sowohl im Hinblick auf den Nachweis von Inkorporationen bei Strahlenunfällen hilfreich sein als auch zu einem besseren Verständnis der Effekte bei Behandlungen mit Radionuklidgemischen beitragen, welche vielversprechende Möglichkeiten für nuklearmedizinische Therapien bieten.
Zudem zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass insbesondere im für die Diagnostik relevanten Bereich sehr niedriger Energiedosen < 10 mGy weiterer Forschungsbedarf besteht. Durch die Untersuchung der dosisabhängigen Reparatur der durch interne Bestrahlung induzierten DNA-Schäden könnte beispielsweise analysiert werden, ob die Reparaturfähigkeit im Niedrigdosisbereich eingeschränkt ist. Außerdem wäre es gerade im Bereich niedriger Dosen von Interesse, zu untersuchen, inwiefern Beobachtungen ex vivo das Verhalten in vivo geeignet repräsentieren. Um die erhöhten statistischen Unsicherheiten im Niedrigdosisbereich zu reduzieren, könnten zukünftig Verbesserungen auf dem Gebiet der automatisierten Auswertung der \(\gamma\)-H2AX+53BP1 enthaltenden Foci und Spuren hilfreich sein.
Weitere Ziele zukünftiger Forschungsvorhaben könnten gezielte Untersuchungen zu Korrelationen zwischen der dosisabhängigen Induktion und Reparatur von DNA-Schäden und klinischen Parametern sowie die Analyse von DNA-Schäden während mehrerer Therapiezyklen darstellen. In Zusammenhang mit der Analyse klinischer Parameter wäre es denkbar, dass biodosimetrische Auswertungen zukünftig auch zur personalisierten Therapieplanung oder auch zur Vorhersage des Therapieerfolgs dienen und somit langfristig zu einer Optimierung nuklearmedizinischer Therapien beitragen könnten.
DNA damage in leukocytes after internal ex-vivo irradiation of blood with the α-emitter Ra-223
(2018)
Irradiation with high linear energy transfer α-emitters, like the clinically used Ra-223 dichloride, severely damages cells and induces complex DNA damage including closely spaced double-strand breaks (DSBs). As the hematopoietic system is an organ-at-risk for the treatment, knowledge about Ra-223-induced DNA damage in blood leukocytes is highly desirable. Therefore, 36 blood samples from six healthy volunteers were exposed ex-vivo (in solution) to different concentrations of Ra-223. Absorbed doses to the blood were calculated assuming local energy deposition of all α- and β-particles of the decay, ranging from 0 to 142 mGy. γ-H2AX + 53BP1 co-staining and analysis was performed in leukocytes isolated from the irradiated blood samples. For DNA damage quantification, leukocyte samples were screened for occurrence of α-induced DNA damage tracks and small γ-H2AX + 53BP1 DSB foci. This revealed a linear relationship between the frequency of α-induced γ-H2AX damage tracks and the absorbed dose to the blood, while the frequency of small γ-H2AX + 53BP1 DSB foci indicative of β-irradiation was similar to baseline values, being in agreement with a negligible β-contribution (3.7%) to the total absorbed dose to the blood. Our calibration curve will contribute to the biodosimetry of Ra-223-treated patients and early after incorporation of α-emitters.
The aim was to investigate the induction and repair of radiation-induced DNA double-strand breaks (DSBs) as a function of the absorbed dose to the blood of patients undergoing PET/CT examinations with [68Ga]Ga-PSMA. Blood samples were collected from 15 patients before and at four time points after [68Ga]Ga-PSMA administration, both before and after the PET/CT scan. Absorbed doses to the blood were calculated. In addition, blood samples with/without contrast agent from five volunteers were irradiated ex vivo by CT while measuring the absorbed dose. Leukocytes were isolated, fixed, and stained for co-localizing γ-H2AX+53BP1 DSB foci that were enumerated manually. In vivo, a significant increase in γ-H2AX+53BP1 foci compared to baseline was observed at all time points after administration, although the absorbed dose to the blood by 68Ga was below 4 mGy. Ex vivo, the increase in radiation-induced foci depended on the absorbed dose and the presence of contrast agent, which could have caused a dose enhancement. The CT-dose contribution for the patients was estimated at about 12 mGy using the ex vivo calibration. The additional number of DSB foci induced by CT, however, was comparable to the one induced by 68Ga. The significantly increased foci numbers after [68Ga]Ga-PSMA administration may suggest a possible low-dose hypersensitivity.
In this study, we aimed to evaluate dosimetric approaches in ablation treatment of Differentiated Thyroid Carcinoma (DTC) without interrupting the clinical routine. Prior to therapy, 10.7 MBq 131I in average was orally given to 24 patients suffering from DTC. MIRD formalism was used for dosimetric calculations. For blood and bone marrow dosimetry, blood samples and whole-body counts were collected at 2, 24, 72, and 120 h after I-131 administration. For remnant tissue dosimetry, uptake measurements were performed at the same time intervals. To estimate the remnant volume, anterior and lateral planar gamma camera images were acquired with a reference source within the field of view at 24 h after I-131 administration. Ultrasound imaging was also performed. Treatment activities determined with the fixed activity method were administered to the patients. Secondary cancer risk relative to applied therapy was evaluated for dosimetric approaches. The average dose to blood and bone marrow were determined as 0.15 ± 0.04 and 0.11 ± 0.04 Gy/GBq, respectively. The average remnant tissue dose was 0.58 ± 0.52 Gy/MBq and the corresponding required activity to ablate the remnant was approximately 1.3 GBq of 131I. A strong correlation between 24th-hour uptake and time-integrated activity coefficient values was obtained. Compared to fixed activity method, approximately five times higher secondary cancer risk was determined in bone marrow dosimetry, while the risk was about three times lower in lesion-based dosimetry.