Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin
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- 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)
Diagnosis of cardiac sarcoidosis is often challenging. Whereas cardiac magnetic resonance imaging (CMR) and positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) with \(^{18}\)F-fluorodeoxyglucose (FDG) are most commonly used to evaluate patients, PET/CT using radiolabeled somatostatin receptor (SSTR) ligands for visualization of inflammation might represent a more specific alternative. This study aimed to investigate the feasibility of SSTR–PET/CT for detecting cardiac sarcoidosis in comparison to CMR.
15 patients (6 males, 9 females) with sarcoidosis and suspicion on cardiac involvement underwent SSTR-PET/CT imaging and CMR. Images were visually scored. The AHA 17-segment model of the left myocardium was used for localization and comparison of inflamed myocardium for both imaging modalities. In semi-quantitative analysis, mean (SUV\(_{mean}\)) and maximum standardized uptake values (SUV\(_{max}\)) of affected myocardium were calculated and compared with both remote myocardium and left ventricular (LV) cavity.
SSTR-PET was positive in 7/15, CMR in 10/15 patients. Of the 3 CMR+/PET- subjects, one patient with minor involvement (<25% of wall thickness in CMR) was missed by PET. The remaining two CMR+/PET- patients displayed no adverse cardiac events during follow-up.
In the 17-segment model, PET/CT yielded 27 and CMR 29 positive segments. Overall concordance of the 2 modalities was 96.1% (245/255 segments analyzed). SUV\(_{mean}\) and SUV\(_{max}\) in inflamed areas were 2.0±1.2 and 2.6±1.2, respectively. The lesion-to-remote myocardium and lesion-to-LV cavity ratios were 1.8±0.2 and 1.9±0.2 for SUV\(_{mean}\) and 2.0±0.3 and 1.7±0.3 for SUV\(_{max}\), respectively.
Detection of cardiac sarcoidosis by SSTR-PET/CT is feasible. Our data warrant further analysis in larger prospective series.
Purpose: We aim to provide an overview of the conventional single photon emission computed tomography (SPECT) and emerging positron emission tomography (PET) catecholamine analogue tracers for assessing myocardial nerve integrity, in particular focusing on \(^{18}\)F-labeled tracers.
Results: Increasingly, the cardiac sympathetic nervous system (SNS) is being studied by non-invasive molecular imaging approaches. Forming the backbone of myocardial SNS imaging, the norepinephrine (NE) transporter at the sympathetic nerve terminal plays a crucial role for visualizing denervated myocardium: in particular, the single-photon-emitting NE analogue \(^{123}\)I-meta-Iodobenzylguanidine (\(^{123}\)I-mIBG) has demonstrated favorable results in the identification of patients at a high risk for cardiac death. However, cardiac neuronal PET agents offer several advantages inlcuding improved spatio-temporal resolution and intrinsic quantifiability. Compared to their \(^{11}\)C-labeled counterparts with a short half-life (20.4 min), novel \(^{18}\)F-labeled PET imaging agents to assess myocardial nerve integrity have the potential to revolutionize the field of SNS molecular imaging: The longer half-life of \(^{18}\)F (109.8 min) allows for more flexibility in the study design and delivery from central cyclotron facilities to smaller hospitals may lead to further cost reduction. A great deal of progress has been made by the first in-human studies of such \(^{18}\)F-labeled SNS imaging agents. Moreover, dedicated animal platforms open avenues for further insights into the handling of radiolabeled catecholamine analogues at the sympathetic nerve terminal. Conclusions: \(^{18}\)F-labeled imaging agents demonstrate key properties for mapping cardiac sympathetic nerve integrity and might outperform current SPECT-based or \(^{11}\)C-labeled tracers in the long run.
Reliable standards and criteria for somatostatin receptor (SSTR) positron emission tomography (PET) are still lacking. We herein propose a structured reporting system on a 5-point scale for SSTR-PET imaging, titled SSTR-RADS version 1.0, which might serve as a standardized assessment for both diagnosis and treatment planning in neuroendocrine tumors (NET). SSTR-RADS could guide the imaging specialist in interpreting SSTR-PET scans, facilitate communication with the referring clinician so that appropriate work-up for equivocal findings is pursued, and serve as a reliable tool for patient selection for planned Peptide Receptor Radionuclide Therapy.
Der spezifischste und sensitivste biochemische Tumormarker in der Diagnostik und Verlaufskontrolle des MTC ist Kalzitonin. Der hCT-Spiegel sollte nach totaler Thyreoidektomie nicht mehr messbar sein. Ein messbares hCT weist nach Therapie auf ein Rezidiv oder eine Metastasierung hin. Die hCT-Sekretion kann durch Gastrin stimuliert werden, was beim Pentagastrin-Stimulationstest genutzt wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, welchen Stellenwert die Bestimmung des basalen Kalzitonin im Vergleich zum Pentagastrin-stimulierten hCT in der Nachsorge des MTC einnimmt. Hierzu wurden 129 Pentagastrintests von MTC-Patienten der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin der Universität Würzburg retrospektiv ausgewertet. Bei sechs Prozent der Patienten fand sich nach anfänglicher biochemischer Remission ein hCT-Anstieg. Die im Pentagastrintest stimulierten hCT-Werte zeigten den Anstieg früher an als die lediglich basal gemessenen Werte. Das Ergebnis dieser Arbeit lässt den Schluss zu, dass der Pentagastrintest weiterhin ein wichtiger Bestandteil in der Nachsorge von Patienten mit MTC ist, da die stimulierten hCT-Werte im Einzelfall eine noch subklinische residuelle Erkrankung, Metastasierung oder ein Rezidiv frühzeitig detektieren.
Activation of the basal ganglia has been shown during the preparation and execution of movement. However, the functional interaction of cortical and subcortical brain areas during movement and the relative contribution of dopaminergic striatal innervation remains unclear. We recorded local field potential (LFP) activity from the subthalamic nucleus (STN) and high-density electroencephalography (EEG) signals in four patients with Parkinson’s disease (PD) off dopaminergic medication during a multi-joint motor task performed with their dominant and non-dominant hand. Recordings were performed by means of a fully-implantable deep brain stimulation (DBS) device at 4 months after surgery. Three patients also performed a single-photon computed tomography (SPECT) with [123I]N-ω-fluoropropyl-2β-carbomethoxy-3β-(4-iodophenyl)nortropane (FP-CIT) to assess striatal dopaminergic innervation. Unilateral movement execution led to event-related desynchronization (ERD) followed by a rebound after movement termination event-related synchronization (ERS) of oscillatory beta activity in the STN and primary sensorimotor cortex of both hemispheres. Dopamine deficiency directly influenced movement-related beta-modulation, with greater beta-suppression in the most dopamine-depleted hemisphere for both ipsi- and contralateral hand movements. Cortical-subcortical, but not interhemispheric subcortical coherencies were modulated by movement and influenced by striatal dopaminergic innervation, being stronger in the most dopamine-depleted hemisphere. The data are consistent with a role of dopamine in shielding subcortical structures from an excessive cortical entrapment and cross-hemispheric coupling, thus allowing fine-tuning of movement.
Background: \(^{18}\)F-N-[3-bromo-4-(3-fluoro-propoxy)-benzyl]-guanidine (\(^{18}\)F-LMI1195) is a new class of PET tracer designed for sympathetic nervous imaging of the heart. The favorable image quality with high and specific neural uptake has been previously demonstrated in animals and humans, but intracellular behavior is not yet fully understood. The aim of the present study is to verify whether it is taken up in storage vesicles and released in company with vesicle turnover.
Results: Both vesicle-rich (PC12) and vesicle-poor (SK-N-SH) norepinephrine-expressing cell lines were used for in vitro tracer uptake studies. After 2 h of \(^{18}\)F-LMI1195 preloading into both cell lines, effects of stimulants for storage vesicle turnover (high concentration KCl (100 mM) or reserpine treatment) were measured at 10, 20, and 30 min. \(^{131}\)I-meta-iodobenzylguanidine (\(^{131}\)I-MIBG) served as a reference. Both high concentration KCl and reserpine enhanced \(^{18}\)F-LMI1195 washout from PC12 cells, while tracer retention remained stable in the SK-N-SH cells. After 30 min of treatment, 18F-LMI1195 releasing index (percentage of tracer released from cells) from vesicle-rich PC12 cells achieved significant differences compared to cells without treatment condition. In contrast, such effect could not be observed using vesicle-poor SK-N-SH cell lines. Similar tracer kinetics after KCl or reserpine treatment were also observed using 131I-MIBG. In case of KCl exposure, Ca\(^{2+}\)-free buffer with the calcium chelator, ethylenediaminetetracetic acid (EDTA), could suppress the tracer washout from PC12 cells. This finding is consistent with the tracer release being mediated by Ca\(^{2+}\) influx resulting from membrane depolarization.
Conclusions: Analogous to \(^{131}\)I-MIBG, the current in vitro tracer uptake study confirmed that \(^{131}\)F-LMI1195 is also stored in vesicles in PC12 cells and released along with vesicle turnover. Understanding the basic kinetics of \(^{18}\)FLMI1195 at a subcellular level is important for the design of clinical imaging protocols and imaging interpretation.
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.
Purpose
A neuropathological hallmark of Alzheimer's disease (AD) is the presence of amyloid-β (Aβ) plaques in the brain, which are observed in a significant number of cognitively normal, older adults as well. In AD, butyrylcholinesterase (BChE) becomes associated with A\(_{β}\) aggregates, making it a promising target for imaging probes to support diagnosis of AD. In this study, we present the synthesis, radiochemistry, in vitro and preliminary ex and in vivo investigations of a selective, reversible BChE inhibitor as PET-tracer for evaluation as an AD diagnostic.
Procedures
Radiolabeling of the inhibitor was achieved by fluorination of a respective tosylated precursor using K[\(^{18}\)F]. IC\(_{50}\) values of the fluorinated compound were obtained in a colorimetric assay using recombinant, human (h) BChE. Dissociation constants were determined by measuring hBChE activity in the presence of different concentrations of inhibitor.
Results
Radiofluorination of the tosylate precursor gave the desired radiotracer in an average radiochemical yield of 20 ± 3 %. Identity and > 95.5 % radiochemical purity were confirmed by HPLC and TLC autoradiography. The inhibitory potency determined in Ellman's assay gave an IC\(_{50}\) value of 118.3 ± 19.6 nM. Dissociation constants measured in kinetic experiments revealed lower affinity of the inhibitor for binding to the acylated enzyme (K2 = 68.0 nM) in comparison to the free enzyme (K\(_{1}\) = 32.9 nM).
Conclusions
The reversibly acting, selective radiotracer is synthetically easily accessible and retains promising activity and binding potential on hBChE. Radiosynthesis with \(^{18}\)F labeling of tosylates was feasible in a reasonable time frame and good radiochemical yield.
The enzyme butyrylcholinesterase (BChE) represents a promising target for imaging probes to potentially enable early diagnosis of neurodegenerative diseases like Alzheimer's disease (AD) and to monitor disease progression in some forms of cancer. In this study, we present the design, facile synthesis, in vitro and preliminary ex vivo and in vivo evaluation of a morpholine‐based, selective inhibitor of human BChE as a positron emission tomography (PET) tracer with a pseudo‐irreversible binding mode. We demonstrate a novel protecting group strategy for 18F radiolabeling of carbamate precursors and show that the inhibitory potency as well as kinetic properties of our unlabeled reference compound were retained in comparison to the parent compound. In particular, the prolonged duration of enzyme inhibition of such a morpholinocarbamate motivated us to design a PET tracer, possibly enabling a precise mapping of BChE distribution.