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Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

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Schriftenreihe

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  • 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)
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EU-Project number / Contract (GA) number

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Responsivity of the striatal dopamine system to methylphenidate — A within-subject I-123-β-CIT-SPECT study in male children and adolescents with attention-deficit/hyperactivity disorder (2022)
Aster, Hans-Christoph ; Romanos, Marcel ; Walitza, Susanne ; Gerlach, Manfred ; Mühlberger, Andreas ; Rizzo, Albert ; Andreatta, Marta ; Hasenauer, Natalie ; Hartrampf, Philipp E. ; Nerlich, Kai ; Reiners, Christoph ; Lorenz, Reinhard ; Buck, Andreas K. ; Deserno, Lorenz
Background: Methylphenidate (MPH) is the first-line pharmacological treatment of attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). MPH binds to the dopamine (DA) transporter (DAT), which has high density in the striatum. Assessments of the striatal dopamine transporter by single positron emission computed tomography (SPECT) in childhood and adolescent patients are rare but can provide insight on how the effects of MPH affect DAT availability. The aim of our within-subject study was to investigate the effect of MPH on DAT availability and how responsivity to MPH in DAT availability is linked to clinical symptoms and cognitive functioning. Methods Thirteen adolescent male patients (9–16 years) with a diagnosis of ADHD according to the DSM-IV and long-term stimulant medication (for at least 6 months) with MPH were assessed twice within 7 days using SPECT after application of I-123-β-CIT to examine DAT binding potential (DAT BP). SPECT measures took place in an on- and off-MPH status balanced for order across participants. A virtual reality continuous performance test was performed at each time point. Further clinical symptoms were assessed for baseline off-MPH. Results On-MPH status was associated with a highly significant change (−29.9%) of striatal DAT BP as compared to off-MPH (t = −4.12, p = 0.002). A more pronounced change in striatal DAT BP was associated with higher off-MPH attentional and externalizing symptom ratings (Pearson r = 0.68, p = 0.01). Striatal DAT BP off-MPH, but not on-MPH, was associated with higher symptom ratings (Pearson r = 0.56, p = 0.04). Conclusion Our findings corroborate previous reports from mainly adult samples that MPH changes striatal DAT BP availability and suggest higher off-MPH DAT BP, likely reflecting low baseline DA levels, as a marker of symptom severity.
Entwicklung und präklinische Evaluation immunologischer und nuklearmedizinischer diagnostischer Tests für Schimmelpilz-assoziierte Hypersensitivität und invasive Mykosen (2022)
Page, Lukas
Schimmelpilze können in Abhängigkeit des Immunstatus und der Vorerkrankungen betroffener Patienten unterschiedliche Krankheitsbilder wie Hypersensitivitäts-erkrankungen oder lebensbedrohliche invasive Infektionen hervorrufen. Da die Diagnosestellung dieser Erkrankungen mitunter komplex und insensitiv ist, sollten im Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche Ansätze neuer diagnostischer Assays untersucht werden. In den letzten Jahren wurden Assays entwickelt, die auf Basis durchflusszytometrisch quantifizierter Pilz-spezifischer T-Zellen aus peripherem Blut einen supportiven Biomarker zur Diagnostik invasiver Mykosen liefern könnten. Da die hierfür isolierten T-Zellen anfällig gegenüber präanalytischer Lagerzeiten und immunsuppressiver Medikation sind, wurden hier Protokolloptimierungen vorgenommen, um anhand eines Vollblut-basierten Assays mit zusätzlicher CD49d-Kostimulation diesen Limitationen entgegen zu wirken. In einer Studie an gesunden Probanden konnte dabei gezeigt werden, dass die Kombination der Durchflusszytometrie mit ausgewählten Zytokin-Messungen (IL-5, IL-10 und IL-17) zu einer verbesserten Erkennung vermehrt Schimmelpilz-exponierter Personen beitragen könnte. Neben Infektionen könnten dabei im umwelt- und arbeitsmedizinischen Kontext Polarisationen der T-Zell-Populationen detektiert werden, welche mit Sensibilisierungen und Hypersensitivität assoziiert werden. Zusätzlich wurde ein in vitro Transwell® Alveolarmodell zur Simulation pulmonaler Pilzinfektionen für Erreger der Ordnung Mucorales adaptiert, durch Reproduktion wichtiger Merkmale der Pathogenese von Mucormykosen validiert, und für Untersuchungen der Immunpathologie und Erreger-Invasion verwendet. Das Modell wurde anschließend zur in vitro Evaluation von radioaktiv markiertem Amphotericin B mit 99mTc oder 68Ga als nuklearmedizinischen Tracer verwendet. Die untersuchten Schimmelpilze zeigten dabei eine zeit- und dosis-abhängige Aufnahme der Tracer, während bakteriell infizierte Proben nicht detektiert wurden. Die erhobenen Daten dokumentieren ein vielversprechendes Potenzial von Amphotericin B-basierten Tracer, das in zukünftigen in vivo Studien weiter evaluiert werden sollte.
Experimental first-pass method for testing and comparing sorbent polymers used in the clearance of iodine contrast materials (2012)
Angheloiu, George O. ; Hänscheid, Heribert ; Wen, Xiaoyan ; Capponi, Vincent ; Anderson, William D. ; Kellum, John A.
Background: Sorbents have been shown to adsorb iodinated radiocontrast media. Objective: In this study we describe a simple method to compare various sorbents in terms of capacity to adsorb radiocontrast media. Methods: Iodixanol solution was injected into columns filled with three types of sorbent at filtration velocities of increasing magnitude. Two variables of interest – contrast removal rate and matched iodine retention (MIR) – were calculated to measure the adsorption efficiency and the mass of contrast iodine adsorbed versus sorbent used, respectively. Results: The highest contrast removal and MIR for Porapak Q, CST 401 and Amberlite XAD4 were 41, 38 and 16% (p = 0.22 and 0.0005 for comparisons between Porapak Q-CST 401 and CST 401-Amberlite XAD4) and 0.060, 0.055 and 0.024, respectively (p = 0.18 and 0.0008). Extrapolation to a clinical scenario may suggest that removal of 8 ml iodixanol could be achieved by masses of sorbents of 43, 47 and 107 g, respectively. Conclusion: In this study we set a benchmark for comparing the radiocontrast-adsorbing efficiency of polymer sorbents during first-pass experiments, using a readily available methodology.
Changing threshold-based segmentation has no relevant impact on semi-quantification in the context of structured reporting for PSMA-PET/CT (2022)
Mihatsch, Patrick W. ; Beissert, Matthias ; Pomper, Martin G. ; Bley, Thorsten A. ; Seitz, Anna K. ; Kübler, Hubert ; Buck, Andreas K. ; Rowe, Steven P. ; Serfling, Sebastian E. ; Hartrampf, Philipp E. ; Werner, Rudolf A.
Prostate-specific membrane antigen (PSMA)-directed positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) is increasingly utilized for staging of men with prostate cancer (PC). To increase interpretive certainty, the standardized PSMA reporting and data system (RADS) has been proposed. Using PSMA-RADS, we characterized lesions in 18 patients imaged with \(^{18}\)F-PSMA-1007 PET/CT for primary staging and determined the stability of semi-quantitative parameters. Six hundred twenty-three lesions were categorized according to PSMA-RADS and manually segmented. In this context, PSMA-RADS-3A (soft-tissue) or -3B (bone) lesions are defined as being indeterminate for the presence of PC. For PMSA-RADS-4 and -5 lesions; however, PC is highly likely or almost certainly present [with further distinction based on absence (PSMA-RADS-4) or presence (PSMA-RADS-5) of correlative findings on CT]. Standardized uptake values (SUV\(_{max}\), SUV\(_{peak}\), SUV\(_{mean}\)) were recorded, and volumetric parameters [PSMA-derived tumor volume (PSMA-TV); total lesion PSMA (TL-PSMA)] were determined using different maximum intensity thresholds (MIT) (40 vs. 45 vs. 50%). SUV\(_{max}\) was significantly higher in PSMA-RADS-5 lesions compared to all other PSMA-RADS categories (p ≤ 0.0322). In particular, the clinically challenging PSMA-RADS-3A lesions showed significantly lower SUV\(_{max}\) and SUV\(_{peak}\) compared to the entire PSMA-RADS-4 or -5 cohort (p < 0.0001), while for PSMA-RADS-3B this only applies when compared to the entire PSMA-RADS-5 cohort (p < 0.0001), but not to the PSMA-RADS-4 cohort (SUV\(_{max}\), p = 0.07; SUV\(_{peak}\), p = 0.08). SUV\(_{mean}\) (p = 0.30) and TL-PSMA (p = 0.16) in PSMA-RADS-5 lesions were not influenced by changing the MIT, while PSMA-TV showed significant differences when comparing 40 vs. 50% MIT (p = 0.0066), which was driven by lymph nodes (p = 0.0239), but not bone lesions (p = 0.15). SUV\(_{max}\) was significantly higher in PSMA-RADS-5 lesions compared to all other PSMA-RADS categories in \(^{18}\)F-PSMA-1007 PET/CT. As such, the latter parameter may assist the interpreting molecular imaging specialist in assigning the correct PSMA-RADS score to sites of disease, thereby increasing diagnostic certainty. In addition, changes of the MIT in PSMA-RADS-5 lesions had no significant impact on SUV\(_{mean}\) and TL-PSMA in contrast to PSMA-TV.
Entwicklung und erste Validierung eines innovativen Analysen-Tools für präklinische Bewertungen von PET-Radiopharmazeutika zur \(in\) \(vivo\) Untersuchungen neurologischer Erkrankungen (2022)
Schadt, Fabian
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.
Intraindividual comparison of [\(^{177}\)Lu]Lu-DOTA-EB-TATE and [\(^{177}\)Lu]Lu-DOTA-TOC (2021)
Hänscheid, Heribert ; Hartrampf, Philipp E. ; Schirbel, Andreas ; Buck, Andreas K. ; Lapa, Constantin
Purpose The radiolabelled somatostatin analogue [\(^{177}\)Lu]Lu-DOTA-EB-TATE binds to albumin via Evans blue, thereby increasing the residence time in the blood and potentially allowing more therapeutic agent to be absorbed into the target tissue during peptide receptor radionuclide therapy. It was tested in selected patients whether the substance is superior to [\(^{177}\)Lu]Lu-DOTA-TOC. Methods Activity kinetics in organs and tumours after [\(^{177}\)Lu]Lu-DOTA-EB-TATE and [\(^{177}\)Lu]Lu-DOTA-TOC were compared intraindividually in five patients with progressive somatostatin receptor-positive disease scheduled for radionuclide therapy. Resuluts In comparison to [\(^{177}\)Lu]Lu-DOTA-TOC, tumour doses per administered activity were higher for [\(^{177}\)Lu]Lu-DOTA-EB-TATE in 4 of 5 patients (median ratio: 1.7; range: 0.9 to 3.9), kidney doses (median ratio: 3.2; range: 1.6 to 9.8) as well as spleen doses (median ratio: 4.7; range 1.2 to 6.2) in all patients, and liver doses in 3 of 4 evaluable patients (median ratio: 4.0; range: 0.7 to 4.9). The tumour to critical organs absorbed dose ratios were higher after [\(^{177}\)Lu]Lu-DOTA-TOC in 4 of 5 patients. Conclusions Prior to a treatment with [\(^{177}\)Lu]Lu-DOTA-EB-TATE, it should be assessed individually whether the compound is superior to established substances.
α-Particle-induced DNA damage tracks in peripheral blood mononuclear cells of [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_{2}\)-treated prostate cancer patients (2021)
Schumann, S. ; Eberlein, U. ; Lapa, C. ; Müller, J. ; Serfling, S. ; Lassmann, M. ; Scherthan, H.
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.
Einfluss der PSMA-Expression auf die Docetaxel-Sensitivität sowie systemischer Medikamente auf die Expression von PSMA, CXCR4 und SSTR2 (2022)
Messerschmidt, Konstantin Felix
Für das klinische Management des Prostatakarzinoms werden nuklearmedizinische Verfahren zunehmend relevant. Bildgebung und Therapie, welche gegen das Prostataspezifische Membranantigen (PSMA) gerichtet sind, werden bereits im klinischen Alltag angewendet. Weitere potenzielle Biomarker des Prostatakarzinoms, wie beispielsweise der CXC-Motiv-Chemokinrezeptor 4 (CXCR4) und der Somatostatinrezeptor Typ 2 (SSTR2), werden zudem als nuklearmedizinische Zielstrukturen diskutiert. Vorangegangene Arbeiten legten einen Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der PSMA-Expression und der Sensitivität gegenüber Docetaxel in Prostatakarzinomzellen nahe. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war, diesen Mechanismus genauer zu untersuchen. Dabei wurden die Aktivität onkogener Signalwege, die Proliferation und die CXCR4- sowie die Androgenrezeptor (AR)- Expression in Prostatakarzinomzelllinien mit unterschiedlicher PSMA-Expression durchflusszytometrisch quantifiziert. Im zweiten Projektteil sollte der Einfluss von Metformin und verschiedener, bereits in der Prostatakarzinomtherapie angewandter Medikamente (Docetaxel, Dexamethason, Abirateron und Enzalutamid), auf die Expression von PSMA, CXCR4 und SSTR2 untersucht werden. Die Quantifizierung der Expression erfolgte mittels Durchflusszytometrie. Ein kausaler Mechanismus für den Zusammenhang zwischen PSMA-Expression und Docetaxel-Sensitivität konnte in dieser Arbeit schließlich nicht hergestellt werden. Es zeigten sich jedoch vor allem Expressionsmodulationen von PSMA und CXCR4. Mittels Docetaxel konnte z.B. bei C4-2 Zellen eine Verdopplung der PSMA-Expression und eine Verdreifachung der CXCR4-Expression erreicht werden. Darüber hinaus zeigte die Behandlung mit Abirateron eine deutliche Heraufregulation der PSMA- Expression bei LNCaP und C4-2 Zellen, sowie eine Zunahme der CXCR4- Expression bei allen untersuchten Zelllinien. Sollte sich der Einfluss der medikamentösen Behandlung auf die Expression von PSMA und CXCR4 bestätigen, kann dies zukünftig zur verbesserten und individualisierten Diagnostik und Therapie von Prostatakarzinompatienten beitragen.
Theranostics in oncology — thriving, now more than ever (2021)
Werner, Rudolf A. ; Higuchi, Takahiro ; Pomper, Martin G. ; Rowe, Steven P.
Tracing its roots back to the 1940s, theranostics in nuclear oncology has proved successful mainly due to the beneficial effects of image-guided therapeutic concepts for patients afflicted with a variety of different cancers. The majority of these treatments are not only characterized by substantial prolongation of progression-free and overall survival, but are also generally safe, rendering theranostic agents as an attractive treatment option in various clinical scenarios in oncology. In this Special Issue Novel Theranostic Agents, nine original articles from around the globe provide further evidence on the use of the theranostic concept for neuroendocrine neoplasm (NEN), prostate cancer (PC), meningioma, and neuroblastoma. The investigated diagnostic and therapeutic radiotracers target not only established structures, such as somatostatin receptor, prostate-specific membrane antigen or norepinephrine transporter, but also recently emerging targets such as the C-X-C motif chemokine receptor 4. Moreover, the presented original articles also combine the concept of theranostics with in-depth read-out techniques such as radiomics or novel reconstruction algorithms on pretherapeutic scans, e.g., for outcome prediction. Even 80 years after its initial clinical introduction, theranostics in oncology continues to thrive, now more than ever.
Effect of point-spread function reconstruction for indeterminate PSMA-RADS-3A lesions on PSMA-targeted PET imaging of men with prostate cancer (2021)
Khatri, Wajahat ; Chung, Hyun Woo ; Werner, Rudolf A. ; Leal, Jeffrey P. ; Pienta, Kenneth J. ; Lodge, Martin A. ; Gorin, Michael A. ; Pomper, Martin G. ; Rowe, Steven P.
Purpose: Prostate-specific membrane antigen (PSMA) positron emission tomography (PET) is emerging as an important modality for imaging patients with prostate cancer (PCa). As with any imaging modality, indeterminate findings will arise. The PSMA reporting and data system (PSMA-RADS) version 1.0 codifies indeterminate soft tissue findings with the PSMA-RADS-3A moniker. We investigated the role of point-spread function (PSF) reconstructions on categorization of PSMA-RADS-3A lesions. Methods: This was a post hoc analysis of an institutional review board approved prospective trial. Around 60 min after the administration of 333 MBq (9 mCi) of PSMA-targeted \(^{18}\)F-DCFPyL, patients underwent PET/computed tomography (CT) acquisitions from the mid-thighs to the skull vertex. The PET data were reconstructed with and without PSF. Scans were categorized according to PSMA-RADS version 1.0, and all PSMA-RADS-3A lesions on non-PSF images were re-evaluated to determine if any could be re-categorized as PSMA-RADS-4. The maximum standardized uptake values (SUVs) of the lesions, mean SUVs of blood pool, and the ratios of those values were determined. Results: A total of 171 PSMA-RADS-3A lesions were identified in 30 patients for whom both PSF reconstructions and cross-sectional imaging follow-up were available. A total of 13/171 (7.6%) were re-categorized as PSMA-RADS-4 lesions with PSF reconstructions. A total of 112/171 (65.5%) were found on follow-up to be true positive for PCa, with all 13 of the re-categorized lesions being true positive on follow-up. The lesions that were re-categorized trended towards having higher SUV\(_{max}\)-lesion and SUV\(_{max}\)-lesion/SUV\(_{mean}\)-blood-pool metrics, although these relationships were not statistically significant. Conclusions: The use of PSF reconstructions for \(^{18}\)F-DCFPyL PET can allow the appropriate re-categorization of a small number of indeterminate PSMA-RADS-3A soft tissue lesions as more definitive PSMA-RADS-4 lesions. The routine use of PSF reconstructions for PSMA-targeted PET may be of value at those sites that utilize this technology.
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