Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin
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Sonstige beteiligte Institutionen
- 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)
Background
Traumatic brain injury (TBI) is a major cause of death and disability. Neuroinflammation contributes to acute damage after TBI and modulates long-term evolution of degenerative and regenerative responses to injury. The aim of the present study was to evaluate the relationship of microglia activation to trauma severity, brain energy metabolism, and cellular reactions to injury in a mouse closed head injury model using combined in vivo PET imaging, ex vivo autoradiography, and immunohistochemistry.
Methods
A weight-drop closed head injury model was used to produce a mixed diffuse and focal TBI or a purely diffuse mild TBI (mTBI) in C57BL6 mice. Lesion severity was determined by evaluating histological damage and functional outcome using a standardized neuroscore (NSS), gliosis, and axonal injury by immunohistochemistry. Repeated intra-individual in vivo μPET imaging with the specific 18-kDa translocator protein (TSPO) radioligand [\(^{18}\)F]DPA-714 was performed on day 1, 7, and 16 and [\(^{18}\)F]FDG-μPET imaging for energy metabolism on days 2–5 after trauma using freshly synthesized radiotracers. Immediately after [\(^{18}\)F]DPA-714-μPET imaging on days 7 and 16, cellular identity of the [\(^{18}\)F]DPA-714 uptake was confirmed by exposing freshly cut cryosections to film autoradiography and successive immunostaining with antibodies against the microglia/macrophage marker IBA-1.
Results
Functional outcome correlated with focal brain lesions, gliosis, and axonal injury. [\(^{18}\)F]DPA-714-μPET showed increased radiotracer uptake in focal brain lesions on days 7 and 16 after TBI and correlated with reduced cerebral [\(^{18}\)F]FDG uptake on days 2–5, with functional outcome and number of IBA-1 positive cells on day 7. In autoradiography, [\(^{18}\)F]DPA-714 uptake co-localized with areas of IBA1-positive staining and correlated strongly with both NSS and the number of IBA1-positive cells, gliosis, and axonal injury. After mTBI, numbers of IBA-1 positive cells with microglial morphology increased in both brain hemispheres; however, uptake of [\(^{18}\)F]DPA-714 was not increased in autoradiography or in μPET imaging.
Conclusions
[\(^{18}\)F]DPA-714 uptake in μPET/autoradiography correlates with trauma severity, brain metabolic deficits, and microglia activation after closed head TBI.
[\(^{223}\)Ra]RaCl\(_2\) and [\(^{224}\)Ra]RaCl\(_2\) are bone seekers, emitting high LET, and short range (< 100 μm) alpha-particles. Both radionuclides show similar decay properties; the total alpha energies are comparable (\(^{223}\)Ra: ≈28 MeV, \(^{224}\)Ra: ≈26 MeV). [\(^{224}\)Ra]RaCl\(_2\) has been used from the mid-1940s until 1990 for treating different bone and joint diseases with activities of up to approximately 50 MBq [\(^{224}\)Ra]RaCl\(_2\). In 2013 [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_2\) obtained marketing authorization by the FDA and by the European Union for the treatment of metastatic prostate cancer with an activity to administer of 0.055 MBq per kg body weight for six cycles. For intravenous injections in humans a model calculation using the biokinetic model of ICRP67 shows a ratio of organ absorbed dose coefficients (\(^{224}\)Ra:\(^{223}\)Ra) between 0.37 (liver) and 0.97 except for the kidneys (2.27) and blood (1.57). For the red marrow as primary organ-at-risk, the ratio is 0.57. The differences are mainly caused be the differing half-lives of the decay products of both radium isotopes. Both radionuclides show comparable DNA damage patterns in peripheral blood mononuclear cells after internal ex-vivo irradiation. Data on the long-term radiation-associated side effects are only available for treatment with [\(^{224}\)Ra]RaCl\(_2\). Two epidemiological studies followed two patient groups treated with [\(^{224}\)Ra]RaCl\(_2\) for more than 25 years. One of them was the “Spiess study”, a cohort of 899 juvenile patients who received several injections of [\(^{224}\)Ra]RaCl\(_2\) with a mean specific activity of 0.66 MBq/kg. Another patient group of ankylosing spondylitis patients was treated with 10 repeated intravenous injections of [\(^{224}\)Ra]RaCl\(_2\), 1 MBq each, 1 week apart. In total 1,471 of these patients were followed-up in the “Wick study”. In both studies, an increased cancer mortality by leukemia and solid cancers was observed. Similar considerations on long-term effects likely apply to [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_2\) as well since the biokinetics are similar and the absorbed doses in the same range. However, this increased risk will most likely not be observed due to the much shorter life expectancy of prostate cancer patients treated with [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_2\).
Background
Hematogenous tumor spread of malignant meningiomas occurs very rarely but is associated with very poor prognosis.
Case presentation
We report an unusual case of a patient with a malignant meningioma who developed multiple metastases in bones, lungs and liver after initial complete resection of the primary tumor. After partial hepatic resection, specimens were histologically analyzed, and a complete loss of E-cadherin adhesion molecules was found. No oncogenic target mutations were found. The patient received a combination of conventional radiotherapy and peptide receptor radionuclide therapy (PRRT). Due to aggressive tumor behavior and rapid spread of metastases, the patient deceased after initiation of treatment.
Conclusions
E-cadherin downregulation is associated with a higher probability of tumor invasion and distant metastasis formation in malignant meningioma. Up to now, the efficacy of systemic therapy, including PRRT, is very limited in malignant meningioma patients.
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.
In recent years, a paradigm shift from single-photon-emitting radionuclide radiotracers toward positron-emission tomography (PET) radiotracers has occurred in nuclear oncology. Although PET-based molecular imaging of the kidneys is still in its infancy, such a trend has emerged in the field of functional renal radionuclide imaging. Potentially allowing for precise and thorough evaluation of renal radiotracer urodynamics, PET radionuclide imaging has numerous advantages including precise anatomical co-registration with CT images and dynamic three-dimensional imaging capability. In addition, relative to scintigraphic approaches, PET can allow for significantly reduced scan time enabling high-throughput in a busy PET practice and further reduces radiation exposure, which may have a clinical impact in pediatric populations. In recent years, multiple renal PET radiotracers labeled with C-11, Ga-68, and F-18 have been utilized in clinical studies. Beyond providing a precise non-invasive read-out of renal function, such radiotracers may also be used to assess renal inflammation. This manuscript will provide an overview of renal molecular PET imaging and will highlight the transformation of conventional scintigraphy of the kidneys toward novel, high-resolution PET imaging for assessing renal function. In addition, future applications will be introduced, e.g. by transferring the concept of molecular image-guided diagnostics and therapy (theranostics) to the field of nephrology.
C-X-C-motif chemokine receptor 4 (CXCR4) is a key factor for tumor growth and metastasis in several types of human cancer. We have recently reported promising first-in-man experience with CXCR4-directed endoradiotherapy (ERT) in multiple myeloma (MM).
Eight heavily pretreated MM patients underwent a total of 10 ERT cycles (7 patients with 1 cycle and a single patient with 3 cycles). ERT was administered in combination with chemotherapy and autologous stem cell support. End points were occurrence and timing of adverse events, progression-free and overall survival.
ERT was overall well tolerated without any unexpected acute adverse events or changes in vital signs. With absorbed tumor doses >30-70 Gy in intra- or extramedullary lesions, significant anti-myeloma activity was observed with 1 patient achieving complete remission and 5/8 partial remission. Directly after ERT major infectious complications were seen in one patient who died from sepsis 22 days after ERT, another patient with high tumor burden experienced lethal tumor lysis syndrome. Median progression-free survival was 54 days (range, 13-175), median overall survival was 223 days (range, 13-313). During follow-up (6 patients available), one patient died from infectious complications, 2/8 from disease progression, the remaining 3/8 patients are still alive.
CXCR4-directed ERT was well-tolerated and exerted anti-myeloma activity even at very advanced stage MM with presence of extramedullary disease. Further assessment of this novel treatment option is highly warranted.
Despite histological evidence in various solid tumor entities, available experience with CXCR4-directed diagnostics and endoradiotherapy mainly focuses on hematologic diseases. With the goal of expanding the application of CXCR4 theranostics to solid tumors, we aimed to elucidate the feasibility of CXCR4-targeted imaging in a variety of such neoplasms.
Methods: Nineteen patients with newly diagnosed, treatment-naïve solid tumors including pancreatic adenocarcinoma or neuroendocrine tumor, cholangiocarcinoma, hepatocellular carcinoma, renal cell carcinoma, ovarian cancer, and prostate cancer underwent [\(^{68}\)Ga]Pentixafor PET/CT. CXCR4-mediated uptake was assessed both visually and semi-quantitatively by evaluation of maximum standardized uptake values (SUV\(_{max}\)) of both primary tumors and metastases. With physiologic liver uptake as reference, tumor-to-background ratios (TBR) were calculated. [\(^{68}\)Ga]Pentixafor findings were further compared to immunohistochemistry and [\(^{18}\)F]FDG PET/CT.
Results: On [\(^{68}\)Ga]Pentixafor PET/CT, 10/19 (52.6%) primary tumors were visually detectable with a median SUVmax of 5.4 (range, 1.7–16.0) and a median TBR of 2.6 (range, 0.8–7.4), respectively. The highest level of radiotracer uptake was identified in a patient with cholangiocarcinoma (SUVmax, 16.0; TBR, 7.4). The relatively low uptake on [\(^{68}\)Ga]Pentixafor was also noted in metastases, exhibiting a median SUVmax of 4.5 (range, 2.3–8.8; TBR, 1.7; range, 1.0–4.1). A good correlation between uptake on [\(^{68}\)Ga]Pentixafor and histological derived CXCR4 expression was noted (R = 0.62, P < 0.05). In the 3 patients in whom [\(^{18}\)F]FDG PET/CT was available, [\(^{68}\)Ga]Pentixafor exhibited lower uptake in all lesions.
Conclusions: In this cohort of newly diagnosed, treatment-naïve patients with solid malignancies, CXCR4 expression as detected by [\(^{68}\)Ga]Pentixafor-PET/CT and immunohistochemistry was rather moderate. Thus, CXCR4-directed imaging may not play a major role in the management of solid tumors in the majority of patients.
We aimed to elucidate the diagnostic potential of the C-X-C motif chemokine receptor 4 (CXCR4)-directed positron emission tomography (PET) tracer \(^{68}\)Ga-Pentixafor in patients with poorly differentiated neuroendocrine carcinomas (NEC), relative to the established reference standard \(^{18}\)F-FDG PET/computed tomography (CT). In our database, we retrospectively identified 11 treatment-naïve patients with histologically proven NEC, who underwent \(^{18}\)F-FDG and CXCR4-directed PET/CT for staging and therapy planning. The images were analyzed on a per-patient and per-lesion basis and compared to immunohistochemical staining (IHC) of CXCR4 from PET-guided biopsies. \(^{68}\)Ga-Pentixafor visualized tumor lesions in 10/11 subjects, while \(^{18}\)F-FDG revealed sites of disease in all 11 patients. Although weak to moderate CXCR4 expression could be corroborated by IHC in 10/11 cases, \(^{18}\)F-FDG PET/CT detected significantly more tumor lesions (102 vs. 42; total lesions, n = 107; p < 0.001). Semi-quantitative analysis revealed markedly higher 18F-FDG uptake as compared to \(^{68}\)Ga-Pentixafor (maximum and mean standardized uptake values (SUV) and tumor-to-background ratios (TBR) of cancerous lesions, SUVmax: 12.8 ± 9.8 vs. 5.2 ± 3.7; SUVmean: 7.4 ± 5.4 vs. 3.1 ± 3.2, p < 0.001; and, TBR 7.2 ± 7.9 vs. 3.4 ± 3.0, p < 0.001). Non-invasive imaging of CXCR4 expression in NEC is inferior to the reference standard \(^{18}\)F-FDG PET/CT.
A growing body of literature reports on the upregulation of C-X-C motif chemokine receptor 4 (CXCR4) in a variety of cancer entities, rendering this receptor as suitable target for molecular imaging and endoradiotherapy in a theranostic setting. For instance, the CXCR4-targeting positron emission tomography (PET) agent [\(^{68}\)Ga]PentixaFor has been proven useful for a comprehensive assessment of the current status quo of solid tumors, including adrenocortical carcinoma or small-cell lung cancer. In addition, [\(^{68}\)Ga]PentixaFor has also provided an excellent readout for hematological malignancies, such as multiple myeloma, marginal zone lymphoma, or mantle cell lymphoma. PET-based quantification of the CXCR4 capacities in vivo allows for selecting candidates that would be suitable for treatment using the theranostic equivalent [\(^{177}\)Lu]/[\(^{90}\)Y]PentixaTher. This CXCR4-directed theranostic concept has been used as a conditioning regimen prior to hematopoietic stem cell transplantation and to achieve sufficient anti-lymphoma/-tumor activity in particular for malignant tissues that are highly sensitive to radiation, such as the hematological system. Increasing the safety margin, pretherapeutic dosimetry is routinely performed to determine the optimal activity to enhance therapeutic efficacy and to reduce off-target adverse events. The present review will provide an overview of current applications for CXCR4-directed molecular imaging and will introduce the CXCR4-targeted theranostic concept for advanced hematological malignancies.
Herz-Kreislauf-Erkrankungen zählen zu den häufigsten Todesursachen weltweit. Ein ihr zugrundeliegender pathologischer Prozess ist die Atherosklerose. Die Ruptur eines atheroskelrotischen Plaques kann lebensbedrohlich sein. Derzeit existieren weder ein evaluierter Biomarker noch eine Bildgebungstechnik, die das Risiko einer solchen Plaqueruptur und eines nachfolgenden akuten kardiovaskulären Ereignisses vorhersagen können. Um die bildgebenden Verfahren zur Detektion der Atherosklerose zu optimieren, wurde in dieser Dissertationsarbeit untersucht, ob der PET/CT-Tracer 68Ga-Pentixafor im Vergleich zu 18F-FDG bessere Ergebnisse in der Diagnostik der Atherosklerose erzielen kann.
Insgesamt wurden 144 onkologische Patienten in die Studie einbezogen, bei denen die 18F-FDG-PET/CT sowie 68Ga-Pentifaxor-PET/CT aus klinischen Gründen indiziert waren. Befunde, bei denen eine gegenüber dem Hintergrund vermehrte Speicherung ohne physiologische Erklärung nachgewiesen werden konnte, wurden als positiv bewertet. Um Unterschiede zwischen den Patienten außer Acht lassen zu können, wurde die target-to-background-ratio (TBR) berechnet. Zur Beschreibung der Speicherintensität einer Läsion wurde der standardized uptake value (SUV) bestimmt.
Nach Auswertung der Daten zeigte sich eine mäßige Korrelation der Anzahl von 68Ga-Pentixafor-positiven Läsionen mit der Anzahl der 18F-FDG positiven Läsionen. Die CXCR4-gerichtete Bildgebung mit 68Ga-Pentixafor identifizierte mehr Läsionen als die 18F-FDG-PET/CT. Bezüglich ihres Verteilungsmusters wiesen die beiden Tracer eine geringe Korrelation auf. Die Aufnahmeintensität beider Tracer korrelierte umgekehrt mit dem Ausmaß der Verkalkung. Stark verkalkte Plaques zeigten die niedrigste Traceraufnahme für beide PET-Tracer.
Weitere Studien zur Aufklärung der zugrunde liegenden biologischen Mechanismen und Quellen der CXCR4-Positivität sind in hohem Maße gerechtfertigt.
Ziel der Studie lag in der Analyse des Zusammenhangs von Muskel- und Knochenmasse als Surrogat für Kraft und Knochenfestigkeit. In der vorliegenden Arbeit wurden 265 gesunde und chronisch kranke Kinder und Jugendliche auf ihre Körperzusammensetzung untersucht.(Anorexia nervosa: 40, Hypophosphatasie: 10, Kraniopharyngeom: 12 und juveniles Rheuma: 68, Referenzgruppe: 79 gesunde weissrussische Mädchen und 56 Jungen). Die Untersuchungsergebnisse der DXA Messungen bestätigen , dass die Knochenmasse als Surrogat für Festigkeit eng mit der Muskelmasse korreliert. Mit zunehmender Muskelmasse steigt auch der BMC an. Die Ergebnisse der Studie stehen im Einklang mit dem von Frost postuliertem Regelkreis, der einen kausalen Zusammenhang zwischen Muskelkraft und Knochenfestigkeit beschrieb. Generell zeigte sich, dass das Surrogat Knochendichte diesen Zusammenhang weniger scharf beschreibt als die Knochenmasse. Darüber hinaus fanden sich Störungen des Regelkreises, deren Ursachen zum Teil Gegenstand der Abklärung in weiterführenden Studien bleiben.
In der vorliegenden Studie wurde der mögliche Einfluß von heterophilen Antikörpern auf die Thyreoglobulinbestimmung in der Nachsorge beim Patienten mit differenziertem Schilddrüsenkarzinom untersucht. Dazu wurde bei 201 Patientenseren der Thyreoglobulinwert auf herkömmliche Weise und in einer Parallelbestimmung nach Vorbehandlung mit heterophilen Antikörper blocking tubes bestimmt. Dieses Vorgehen ermöglichte es, einen direkten Vergleich beider Messergebnisse anzustellen und einen möglichen Einfluß heterophiler Antikörper aufzudecken. Darüber hinaus wurde das selbe Verfahren bei einer heterogenen Kontrollgruppe angewandt. In 99% der Proben ergab sich kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Messergebnissen. Somit ist ein Einfluß von heterophilen Antikörpern auf die Thyreoglobulinbestimmung bei Patienten mit differenziertem Schilddrüsenkarzinom unwahrscheinlich.
Dermal and cardiac autonomic fiber involvement in Parkinson's disease and multiple system atrophy
(2021)
Pathological aggregates of alpha-synuclein in peripheral dermal nerve fibers can be detected in patients with idiopathic Parkinson's disease and multiple system atrophy. This study combines skin biopsy staining for p-alpha-synuclein depositions and radionuclide imaging of the heart with [\(^{123}\)I]-metaiodobenzylguanidine to explore peripheral denervation in both diseases. To this purpose, 42 patients with a clinical diagnosis of Parkinson's disease or multiple system atrophy were enrolled. All patients underwent a standardized clinical workup including neurological evaluation, neurography, and blood samples. Skin biopsies were obtained from the distal and proximal leg, back, and neck for immunofluorescence double labeling with anti-p-alpha-synuclein and anti-PGP9.5. All patients underwent myocardial [\(^{123}\)I]-metaiodobenzylguanidine scintigraphy. Dermal p-alpha-synuclein was observed in 47.6% of Parkinson's disease patients and was mainly found in autonomic structures. 81.0% of multiple system atrophy patients had deposits with most of cases in somatosensory fibers. The [\(^{123}\)I]-metaiodobenzylguanidine heart-to-mediastinum ratio was lower in Parkinson's disease than in multiple system atrophy patients (1.94 +/- 0.63 vs. 2.91 +/- 0.96; p < 0.0001). Irrespective of the diagnosis, uptake was lower in patients with than without p-alpha-synuclein in autonomic structures (1.42 +/- 0.51 vs. 2.74 +/- 0.83; p < 0.0001). Rare cases of Parkinson's disease with p-alpha-synuclein in somatosensory fibers and multiple system atrophy patients with deposits in autonomic structures or both fiber types presented with clinically overlapping features. In conclusion, this study suggests that alpha-synuclein contributes to peripheral neurodegeneration and mediates the impairment of cardiac sympathetic neurons in patients with synucleinopathies. Furthermore, it indicates that Parkinson's disease and multiple system atrophy share pathophysiologic mechanisms of peripheral nervous system dysfunction with a clinical overlap.
Prostate-specific membrane antigen (PSMA) ligand PET/CT enables the localization of tumor lesions in patients with recurrent prostate cancer, but it is unclear whether androgen deprivation therapy (ADT) influences diagnostic accuracy. The aim of this study was to evaluate the effect of ADT on the detection rate of \(^{68}\)Ga-PSMA ligand PET/CT. Thus, 399 patients with initial radical prostatectomy and 68Ga-PSMA ligand PET/CT during PSA relapse were retrospectively evaluated. Propensity score matching was used to create two balanced groups of 62 subjects who either did or did not receive ADT within six months before imaging. All \(^{68}\)Ga-PSMA ligand PET/CT were evaluated visually and with semiquantitative measures. The detection rate of tumor recurrence was significantly higher in the group with ADT (88.7% vs. 72.6%, p = 0.02) and improved with increasing PSA-levels in both groups. In subjects with pathological PET/CT and ADT, whole-body total lesion PSMA (p < 0.01) and PSMA-derived tumor volume (p < 0.01) were significantly higher than in those without ADT. More PSMA-positive lesions and higher PSMA-derived volumetric parameters in patients with ADT suggest that a better detection rate is related to a (biologically) more advanced disease stage. Due to high detection rates in patients with PSA-levels < 2 ng/mL, the withdrawal of ADT before PSMA ligand PET/CT cannot be recommended.
Die Detektion des Prostataspezifischen Membranantigens (PSMA) mittels kombinierter Positronenemissions- und Computertomographie (PET/CT) ist ein etabliertes diagnostisches Verfahren bei Patienten mit Prostatakarzinom. Hierbei ist bislang unklar, ob und wie eine bereits eingeleitete Androgendeprivationstherapie (ADT) die diagnostische Genauigkeit der PSMA-PET/CT beeinflusst. Ziel dieser Arbeit war es, die Detektionsrate der PSMA-PET/CT mit 68Ga-PSMA I&T unter ADT in Abhängigkeit des PSA-Wertes zu evaluieren und mit einer Kontrollgruppe ohne ADT zu vergleichen. In dieser retrospektiven Studie wurden Daten von Patienten mit biochemischem Rezidiv nach radikaler Prostatektomie analysiert, welche zwischen 2014 und 2018 eine PSMA-PET/CT am Universitätsklinikum Würzburg erhalten haben. Mittels Propensity Score Matching wurde für die Patienten mit ADT innerhalb der letzten 6 Monate vor Durchführung der PSMA-PET/CT eine Kontrollgruppe ohne ADT erstellt. Die Patienten mit ADT (n=62) wiesen eine signifikant höhere Detektionsrate auf als die Patienten ohne ADT (n=62). Die Traceranreicherung unterschied sich nicht signifikant in beiden Gruppen. Dagegen wiesen die Patienten mit ADT jedoch eine signifikant höhere Tumorlast auf und hatten häufiger Knochen- und Organmetastasen, sodass als Ursache für die höhere Detektionsrate der PSMA-PET/CT bei Patienten mit ADT ein fortgeschritteneres Tumorstadium angenommen wurde. Die Detektionsrate war bei den Patienten mit ADT auch bei niedrigen PSA-Werten hoch. Es scheint daher nicht erforderlich zu sein, eine bestehende ADT vor Durchführung der PSMA-PET/CT im biochemischen Rezidiv abzusetzen und damit das Risiko einer Krankheitsprogression einzugehen. Die Korrelation des PSA-Wertes mit der Tumorlast in der PSMA-PET/CT war bei Patienten mit ADT geringer ausgeprägt als bei Patienten ohne ADT. Patienten unter ADT könnten daher von einer regelmäßigen Durchführung der PSMA-PET/CT zur Überwachung der Krankheitsprogression profitieren. Hier bleibt allerdings eine Kosten-Nutzen-Analyse abzuwarten, da dies deutlich aufwendiger und teurer ist als die Bestimmung des PSA-Wertes.
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.
Simple Summary
Discordant FDG-positive but PSMA-negative (FDG+/PSMA−) metastases constitute a negative prognostic marker of overall survival in patients undergoing PSMA radioligand therapy (RLT). The aim of this analysis was to investigate the prognostic implications of new FDG+/PSMA− lesions, which occur during or after PSMA RLT. In a retrospective bicentric analysis of 32 patients undergoing PSMA RLT and follow-up dual tracer staging with PSMA and FDG PET/CT, FDG+/PSMA− lesions occurred in a limited number of patients. However, the presence of FDG+/PSMA− lesions appears not to have a significant impact on the OS, but further studies are needed to establish the clinical relevance of such lesions.
Abstract
Introduction: Positron emission tomography/computer tomography (PET/CT) targeting the prostate-specific membrane antigen (PSMA) is crucial for the assessment of adequate PSMA expression in patients with metastatic castration-resistant prostate cancer (mCRPC) prior to PSMA radioligand therapy (PSMA RLT). Moreover, initial dual tracer staging using combined PSMA and [\(^{18}\)F]fluorodeoxyglucose (FDG) PET/CT provides relevant information, since discordant FDG-positive but PSMA-negative (FDG+/PSMA−) lesions constitute a negative prognostic marker of overall survival (OS) after PSMA RLT. However, little is known about the prognostic implications of dual tracer imaging for restaging at follow-up. The aim of this analysis was to investigate the prognostic implications of new FDG+/PSMA− lesions during or after PSMA RLT. Methods: This bicentric analysis included 32 patients with mCRPC who underwent both FDG and PSMA PET/CT imaging after two or four cycles of PSMA RLT. Patients with FDG+/PSMA− lesions prior to PSMA RLT were not considered. The presence of FDG+/PSMA− lesions was assessed with follow-up dual tracer imaging of patients after two or four cycles of PSMA RLT. Patients with at least one new FDG+/PSMA− lesion were compared to patients without any FDG+/PSMA− lesions at the respective time points. A log-rank analysis was used to assess the difference in OS between subgroups. Results: After two cycles of PSMA RLT, four of 32 patients (13%) had FDG+/PSMA− metastases. No significant difference in OS was observed (p = 0.807), as compared to patients without FDG+/PSMA− lesions. Follow-up dual tracer imaging after the 4th cycle of PSMA RLT was available in 18 patients. Of these, four patients presented with FDG+/PSMA− findings (n = 2 already after two cycles). After the fourth cycle of PSMA RLT, no significant difference in OS was observed between patients with and without FDG+/PSMA− lesions (p = 0.442). Conclusion: This study shows that FDG+/PSMA− lesions develop in a limited number of patients undergoing PSMA RLT. Further studies are needed to establish the clinical relevance of such lesions.
Background: Use of FDG-PET/CT for staging and restaging of lymphoma patients is widely incorporated into current practice guidelines. Our aim was to prospectively evaluate the diagnostic performance of FDG-PET/MRI and WB-DW-MRI compared with FDG-FDG-PET/CT using a tri-modality PET/CT-MRI system.
Methods: From 04/12 to 01/14, a total of 82 FDG-PET/CT examinations including an additional scientific MRI on a tri-modality setup were performed in 61 patients. FDG-PET/CT, FDG-PET/MRI, and WB-DW-MRI were independently analyzed. A lesion with a mean ADC below a threshold of 1.2 x 10\(^{-3}\) mm\(^2\)/s was defined as positive for restricted diffusion. FDG-PET/CT and FDG-PET/MRI were evaluated for the detection of lesions corresponding to lymphoma manifestations according to the German Hodgkin Study Group. Imaging findings were validated by biopsy (n = 21), by follow-up imaging comprising CT, FDG-PET/CT, and/or FDG-PET/MRI (n = 32), or clinically (n = 25) (mean follow-up: 9.1 months).
Results: FDG-PET/MRI and FDG-PET/CT accurately detected 188 lesions in 27 patients. Another 54 examinations in 35 patients were negative. WB-DW-MRI detected 524 lesions, of which 125 (66.5 % of the aforementioned 188 lesions) were true positive. Among the 188 lesions positive for lymphoma, FDG-PET/MRI detected all 170 instances of nodal disease and also all 18 extranodal lymphoma manifestations; by comparison, WB-DW-MRI characterized 115 (67.6 %) and 10 (55.6 %) lesions as positive for nodal and extranodal disease, respectively. FDG-PET/MRI was superior to WB-DW-MRI in detecting lymphoma manifestations in patients included for staging (113 vs. 73), for restaging (75 vs. 52), for evaluation of high-(127 vs. 81) and low-grade lymphomas (61 vs. 46), and for definition of Ann Arbor stage (WB-DW-MRI resulted in upstaging in 60 cases, including 45 patients free of disease, and downstaging in 4).
Conclusion: Our results indicate that FDG-PET/CT and FDG-PET/MRI probably have a similar performance in the clinical work-up of lymphomas. The performance of WB-DW-MRI was generally inferior to that of both FDG-PET-based methods but the technique might be used in specific scenarios, e.g., in low-grade lymphomas and during surveillance.
Ziel:
Abschätzung der Risiken des Rezidivs des differenzierten Schilddrüsenkarzinoms, der Karzinom-bedingten Mortalität und der Karzinom-bedingten Reduktion der Lebenserwartung in Abhängigkeit von der Anzahl der zum Erreichen eines krankheitsfreien Zustands benötigten I-131-Therapien (Radioiodtherapien) und der für die Krankheitsfreiheit benötigten kumulativen Aktivität.
Methoden:
Analyse anhand von in der Würzburger Schilddrüsenkarzinom-Datenbank erfassten Verlaufsdaten unter Berücksichtigung eigener zusätzlicher Erhebungen zum follow-up.von 896 Patienten, die nach einer oder mehreren Radioiodtherapien im Therapieverlauf Erkrankungsfreiheit erreichten (negative TSH-stimulierte Thyreoglobulin-Messung in Kombination mit einer negativen I-131-Ganzkörperszintigraphie).
Ergebnisse:
Die erfassbare Nachsorgedauer betrug in Median 9.0 Jahre (Spannbreite 0.1-31.8 Jahre). Rezidiv-Raten nach 5 und 10 Jahren und am Ende der Nachsorge betrugen 1,0±0,3%, 4,0±0,7% und 6,2±1,1%. Die Schilddrüsenkarzinom-bedingte Sterberate betrug jeweils 0,1±0,1%, 0,5±0,3% und 3,4±1,1%.
Mit einer zunehmenden Anzahl von benötigten Radioiodtherapien nahm die Rezidivrate zu (p=0.001). Die Schilddrüsenkarzinom-bedingte Sterblichkeitsrate ist ab 4 benötigten Radioiodtherapien erhöht. Bei Patienten, die nach einer Radioiodtherapie krankheitsfrei waren, finden sich zwischen Niedrig- und Hochrisikopatienten keine Unterschiede bezüglich Rezidiv- und Sterblichkeitsrate. Bei Patienten, die zwei Radioiodtherapien benötigten, waren Rezidiv- und Sterblichkeitsrate der Hochrisikopatienten erhöht.
Bezüglich der kumulativ benötigten Aktivität zeigten sich nur bei Patienten, die eine kumulative Aktivität von über 22,2 GBq benötigten, erhöhte Rezidiv- und Sterberaten.
Im vorliegenden Studienkollektiv mit einer inhärent guten Prognose zeigte sich eine uneingeschränkte Lebenserwartung unabhängig von der benötigen Anzahl der Radioiodtherapien oder der benötigten kumulativen Aktivität.
Fazit:
Falls mehr als eine Radioiodtherapie oder eine hohe kumulative I-131 Aktivität benötigt wird, um einen krankheitsfreien Zustand zu erreichen, muss mit einer Rezidiv- und Schilddrüsenkarzinom-bedingten Sterblichkeits-Rate gerechnet werden, vor allem bei Hochrisikopatienten.
Differential diagnosis of parkinsonism: a head-to-head comparison of FDG PET and MIBG scintigraphy
(2020)
[\(^{18}\)F]fluorodeoxyglucose (FDG) PET and [\(^{123}\)I]metaiodobenzylguanidine (MIBG) scintigraphy may contribute to the differential diagnosis of neurodegenerative parkinsonism. To identify the superior method, we retrospectively evaluated 54 patients with suspected neurodegenerative parkinsonism, who were referred for FDG PET and MIBG scintigraphy. Two investigators visually assessed FDG PET scans using an ordinal 6-step score for disease-specific patterns of Lewy body diseases (LBD) or atypical parkinsonism (APS) and assigned the latter to the subgroups multiple system atrophy (MSA), progressive supranuclear palsy (PSP), or corticobasal syndrome. Regions-of-interest analysis on anterior planar MIBG images served to calculate the heart-to-mediastinum ratio. Movement disorder specialists blinded to imaging results established clinical follow-up diagnosis by means of guideline-derived case vignettes. Clinical follow-up (1.7 +/- 2.3 years) revealed the following diagnoses: n = 19 LBD (n = 17 Parkinson's disease [PD], n = 1 PD dementia, and n = 1 dementia with Lewy bodies), n = 31 APS (n = 28 MSA, n = 3 PSP), n = 3 non-neurodegenerative parkinsonism; n = 1 patient could not be diagnosed and was excluded. Receiver operating characteristic analyses for discriminating LBD vs. non-LBD revealed a larger area under the curve for FDG PET than for MIBG scintigraphy at statistical trend level for consensus rating (0.82 vs. 0.69, p = 0.06; significant for investigator #1: 0.83 vs. 0.69, p = 0.04). The analysis of PD vs. MSA showed a similar difference (0.82 vs. 0.69, p = 0.11; rater #1: 0.83 vs. 0.69, p = 0.07). Albeit the notable differences in diagnostic performance did not attain statistical significance, the authors consider this finding clinically relevant and suggest that FDG PET, which also allows for subgrouping of APS, should be preferred.
Disclosing the CXCR4 expression in lymphoproliferative diseases by targeted molecular imaging
(2015)
Chemokine ligand-receptor interactions play a pivotal role in cell attraction and cellular trafficking, both in normal tissue homeostasis and in disease. In cancer, chemokine receptor-4 (CXCR4) expression is an adverse prognostic factor. Early clinical studies suggest that targeting CXCR4 with suitable high-affinity antagonists might be a novel means for therapy. In addition to the preclinical evaluation of [\(^{68}\)Ga]Pentixafor in mice bearing human lymphoma xenografts as an exemplary CXCR4-expressing tumor entity, we report on the first clinical applications of [\(^{68}\)Ga]Pentixafor-Positron Emission Tomography as a powerful method for CXCR4 imaging in cancer patients. [\(^{68}\)Ga]Pentixafor binds with high affinity and selectivity to human CXCR4 and exhibits a favorable dosimetry. [\(^{68}\)Ga]Pentixafor-PET provides images with excellent specificity and contrast. This non-invasive imaging technology for quantitative assessment of CXCR4 expression allows to further elucidate the role of CXCR4/CXCL12 ligand interaction in the pathogenesis and treatment of cancer, cardiovascular diseases and autoimmune and inflammatory disorders.
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.
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.
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.
Simple Summary
Prostate cancer often relapses after initial radical prostatectomy, and salvage radiotherapy offers a second chance of cure for relapsed patients. Modern imaging techniques, especially prostate-specific membrane antigen positron emission tomography/computed tomography (PSMA PET/CT), enable radiation oncologists to target radiotherapy at the involved sites of disease. In a group of patients, PSMA PET/CT imaging can detect a macroscopic local recurrence with or without locoregional lymph node metastasis. In these cases, an escalation of the radiotherapy dose is often considered for controlling the visible tumor mass. As the evidence for dose-escalated salvage radiotherapy for macroscopic recurrent prostate cancer after PSMA PET/CT imaging is still limited, we address this topic in the current analysis. We found that the outcome of patients with dose-escalated salvage radiotherapy for macroscopic prostate cancer recurrence is encouragingly favorable, while the toxicity is very limited.
Abstract
Background: The purpose of this study was to access the oncological outcome of prostate-specific membrane antigen positron emission tomography (PSMA PET/CT)-guided salvage radiotherapy (SRT) for localized macroscopic prostate cancer recurrence. Methods: Between February 2010 and June 2021, 367 patients received SRT after radical prostatectomy. Out of the 367 screened patients, 111 patients were staged by PSMA PET/CT before SRT. A total of 59 out of these 111 (53.2%) patients were treated for PSMA PET-positive macroscopic prostatic fossa recurrence. Dose-escalated SRT was applied with a simultaneous integrated boost at a median prescribed dose of 69.3 Gy (IQR 69.3–72.6 Gy). The oncological outcome was investigated using Kaplan-Meier and Cox regression analyses. The genitourinary (GU)/gastrointestinal (GI) toxicity evaluation utilized Common Toxicity Criteria for Adverse Events (version 5.0). Results: The median follow-up was 38.2 months. The three-year biochemical progression-free survival rate was 89.1% (95% CI: 81.1–97.8%) and the three-year metastasis-free survival rate reached 96.2% (95% CI: 91.2–100.0%). The cumulative three-year late grade 3 GU toxicity rate was 3.4%. No late grade 3 GI toxicity occurred. Conclusions: Dose-escalated PSMA PET/CT-guided salvage radiotherapy for macroscopic prostatic fossa recurrence resulted in favorable survival and toxicity rates.
In 2006, 0.18 Mio pediatric nuclear medicine diagnostic exams were performed worldwide. However, for most of the radiopharmaceuticals used data on biokinetics and, as a consequence on dosimetry, are missing or have not been made publicly available. Therefore, most of the dosimetry assessments presented today for diagnostic agents in children and adolescents rely on the biokinetics data of adults. Even for one of the most common nuclear medicine exams for this patient group, renal scintigraphy with 99mTc-MAG3 for assessing renal function measured data on biokinetics is available only from a study performed on four children of different ages. In particular, renal scans are among the most frequent exams performed on infants and toddlers. Due to the young age, this patient group can be classified as a risk group with a higher probability of developing stochastic radiation effects compared to adults. As there are only limited data on biokinetics and dosimetry in this patient group, the aim of this study is to reassess the dosimetry and the associated radiation risk for a larger number of infants undergoing 99mTc-MAG3 renal scans based on a retrospective analysis of existing patient data.
Data were collected retrospectively from 34 patients younger than 20 months with normal (20 patients) and abnormal renal function (14 patients) undergoing 99mTc-MAG3 scans. The patient-specific organ activity was estimated based on a retrospective calibration which was performed based on a set of two 3D-printed infant kidneys (newborns: 8.6 ml; 1-year-old: 23.4 ml) filled with known activities. Both phantoms were scanned at different positions along the anteroposterior axis inside a water phantom, providing depth- and size-dependent attenuation correction factors for planar imaging. Time-activity curves were determined by drawing kidney, bladder, and whole body regions-of-interest for each patient, and subsequently applying the calibration factor for conversion of counts to activity. Patient-specific time-integrated activity coefficients were obtained by integrating the organ-specific time-activity curves. Absorbed and effective dose coefficients for each patient were assessed with OLINDA/EXM for the provided newborn and 1-year-old phantom. Based on absorbed dose values, the radiation risk estimation was performed individually for each of the 34 patients with the National Cancer Institute’s Radiation Risk Assessment Tool.
The patients’ organ-specific mean absorbed dose coefficients for the patients with normal renal function were 0.04±0.03 mGy/MBq for the kidneys and 0.27±0.24 mGy/MBq for the bladder. This resulted in a mean effective dose coefficient of 0.02±0.02 mSv/MBq. Based on the dosimetry results, the evaluation of the excess lifetime risk (ELR) for the development of radiation-induced cancer showed that the group of newborns has an ELR of 16.8 per 100,000 persons, which is higher in comparison with the 1-year-old group with an ELR of 14.7 per 100,000 persons. With regard to the 14 patients with abnormal renal function, the mean values for the organ absorbed dose coefficients for the patients were: 0.40±0.34 mGy/MBq for the kidneys and 0.46±0.37 mGy/MBq for the bladder. The corresponding effective dose coefficients (mSv/MBq) was: 0.05±0.02 mSv/MBq. The mean ELR (per 100,000 persons) for developing cancer from radiation exposure for patients with abnormal renal function was 29.2±18.7 per 100,000 persons.
As a result, the radiation-associated stochastic risk increases with the organ doses, taking age- and gender-specific influences into account. Overall, the lifetime radiation risk associated with the 99mTc-MAG3 scans is very low in comparison to the general population risk for developing cancer.
Furthermore, due to the increasing demand for PET-scans in children and adolescents with 68Ga-labelled peptides, in this work published data sets for those compounds were analyzed to derive recommendations for the administered activities in children and adolescents. The recommendation for the activities to be administered were based on the weight-independent effective dose model, proposed by the EANM Pediatric Dosage Card for application in pediatric nuclear medicine. The aim was to derive recommendations on administered activities for obtaining age-independent effective doses. Consequently, the corresponding weight-dependent effective dose coefficients were rescaled according to the formalism of the EANM dosage card, to determine the radiopharmaceutical class of 68Ga-labeled peptides (“multiples”), and to calculate the baseline activities based on the biokinetics of these compounds and an upper limit of the administered activity of 185 MBq for an adult. Analogous to 18F-fluoride, a minimum activity of 14 MBq is recommended. As a result, for those pediatric nuclear medicine applications involving 68Ga-labeled peptides, new values for the EANM dosage card were proposed and implemented based on the results derived in this work.
Overall, despite the low additional radiation-related cancer risk, all efforts should be undertaken to optimize administered activities in children and adolescents for obtaining sufficient diagnostic information with minimal associated radiation risk.
The EC Directive 2013/59/Euratom states in article 56 that exposures of target volumes in nuclear medicine treatments shall be individually planned and their delivery appropriately verified. The Directive also mentions that medical physics experts should always be appropriately involved in those treatments. Although it is obvious that, in nuclear medicine practice, every nuclear medicine physician and physicist should follow national rules and legislation, the EANM considered it necessary to provide guidance on how to interpret the Directive statements for nuclear medicine treatments.
For this purpose, the EANM proposes to distinguish three levels in compliance to the optimization principle in the directive, inspired by the indication of levels in prescribing, recording and reporting of absorbed doses after radiotherapy defined by the International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU):
Most nuclear medicine treatments currently applied in Europe are standardized. The minimum requirement for those treatments is ICRU level 1 (“activity-based prescription and patient-averaged dosimetry”), which is defined by administering the activity within 10% of the intended activity, typically according to the package insert or to the respective EANM guidelines, followed by verification of the therapy delivery, if applicable.
Non-standardized treatments are essentially those in developmental phase or approved radiopharmaceuticals being used off-label with significantly (> 25% more than in the label) higher activities. These treatments should comply with ICRU level 2 (“activity-based prescription and patient-specific dosimetry”), which implies recording and reporting of the absorbed dose to organs at risk and optionally the absorbed dose to treatment regions.
The EANM strongly encourages to foster research that eventually leads to treatment planning according to ICRU level 3 (“dosimetry-guided patient-specific prescription and verification”), whenever possible and relevant.
Evidence for superiority of therapy prescription on basis of patient-specific dosimetry has not been obtained. However, the authors believe that a better understanding of therapy dosimetry, i.e. how much and where the energy is delivered, and radiobiology, i.e. radiation-related processes in tissues, are keys to the long-term improvement of our treatments.
With an increasing variety of radiopharmaceuticals for diagnostic or therapeutic nuclear medicine as valuable diagnostic or treatment option, radiobiology plays an important role in supporting optimizations. This comprises particularly safety and efficacy of radionuclide therapies, specifically tailored to each patient. As absorbed dose rates and absorbed dose distributions in space and time are very different between external irradiation and systemic radionuclide exposure, distinct radiation-induced biological responses are expected in nuclear medicine, which need to be explored. This calls for a dedicated nuclear medicine radiobiology. Radiobiology findings and absorbed dose measurements will enable an improved estimation and prediction of efficacy and adverse effects. Moreover, a better understanding on the fundamental biological mechanisms underlying tumor and normal tissue responses will help to identify predictive and prognostic biomarkers as well as biomarkers for treatment follow-up. In addition, radiobiology can form the basis for the development of radiosensitizing strategies and radioprotectant agents. Thus, EANM believes that, beyond in vitro and preclinical evaluations, radiobiology will bring important added value to clinical studies and to clinical teams. Therefore, EANM strongly supports active collaboration between radiochemists, radiopharmacists, radiobiologists, medical physicists, and physicians to foster research toward precision nuclear medicine.
Background The precise definition of the post-operative resection status in high-grade gliomas (HGG) is crucial for further management. We aimed to assess the feasibility of assessment of the resection status with early post-operative positron emission tomography (PET) using [\(^{18}\)F]O-(2-[\(^{18}\)F]-fluoroethyl)-L-tyrosine ([\(^{18}\)F]FET). Methods 25 patients with the suspicion of primary HGG were enrolled. All patients underwent preoperative [\(^{18}\)F]FET-PET and magnetic resonance imaging (MRI). Intra-operatively, resection status was assessed using 5-aminolevulinic acid (5-ALA). Imaging was repeated within 72h after neurosurgery. Post-operative [\(^{18}\)F]FET-PET was compared with MRI, intra-operative assessment and clinical follow-up. Results [\(^{18}\)F]FET-PET, MRI and intra-operative assessment consistently revealed complete resection in 12/25 (48%) patients and incomplete resection in 6/25 cases (24%). In 7 patients, PET revealed discordant findings. One patient was re-resected. 3/7 experienced tumor recurrence, 3/7 died shortly after brain surgery. Conclusion Early assessment of the resection status in HGG with [\(^{18}\)F]FET-PET seems to be feasible.
As a scintigraphic approach evaluating cardiac nerve integrity, \(^{123}\)I-metaiodobenzylguanidine (123I-mIBG) has been recently Food and Drug Administration approved. A great deal of progress has been made by the prospective ADMIRE-HF trial, which primarily demonstrated the association of denervated myocardium assessed by \(^{123}\)I-mIBG and cardiac events. However, apart from risk stratification, myocardial nerve function evaluated by molecular imaging should also be expanded to other clinical contexts, in particular to guide the referring cardiologist in selecting appropriate candidates for specific therapeutic interventions. In the present issue of the Journal of Nuclear Cardiology, the use of 123I-mIBG for identifying cardiomyopathy patients, which would most likely not benefit from ICD due low risk of arrhythmias, is described. If we aim to deliver on the promise of cardiac innervation imaging as a powerful tool for risk stratification in a manner similar to nuclear oncology, studies such as the one reviewed here may imply an important step to lay the proper groundwork for a more widespread adoption in clinical practice.
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.
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.
Ziel: Der Therapieerfolg der Radiosynoviorthese sollte bei rheumatoider Arthritis und anderen entzündlichen Gelenkerkrankungen anhand subjektiver, objektiver, so wie laborchemischer und bildgebender Parameter prospektiv beurteilt werden. Methode: Es wurden insgesamt 174 Gelenke bei 97 Patienten behandelt, wobei 55% der Patienten an einer rheumatoiden Arthritis und 23% an einer aktivierten Arthrose litten.Die Veränderungen 6 Monate nach einer Radiosynoviorthese wurden sowohl an subjektiven, wie auch an objektiven Parametern (Schmerz, Schwellung, Gelenk-beweglichkeit) evaluiert. Zusätzlich wurden laborchemische Parameter (CRP, BSG), bildgebende Verfahren (Skelett-szintigraphie, MRT) und Einnahme von Medikamenten beurteilt. Eine weitere Befragung zum Wiederauftreten von Beschwerden (Rezidiv) erfolgte in Zeit-räumen zwischen einem und drei Jahren nach der Radiosynoviorthese. Ergebnisse: Gute Erfolge in 60 bis 80% der Fälle zeigten sich bei der klinischen Symptomatik, sowohl auf subjektiver, als auch auf objektiver Ebene, wobei sich in der Korrelationsanalyse niedrige Werte zwischen den subjektiven und objektiven Parametern ergeben hatten. Bei 55% der Gelenke hatte sich die Schmerzintensität verringert, 23% waren gänzlich schmerzfrei. Die objektiv gemessene Änderung der Gelenkbeweglichkeit hatte bei 73% eine Besserung ergeben, 12% waren uneingeschränkt beweglich, bei 68% war die Schwellung zurückgegangen. Die Radionuklidaufnahme in der Weichteilphase der Sklettszintigraphie verminderte sich bei 58% der Gelenke, die Kernspin-tomographie ergab bei 44% der Kniegelenke einen Entzündungsrückgang. Rezidive traten nach einem bis drei Jahren nur bei 15% der Patienten auf.Die labor-chemischen Parameter sowie die Medikamenteneinnahme wurden durch die Radiosynoviorthese nicht beeinflusst. Schlussfolgerung: Die Radiosynoviorthese liefert auf subjektiver und objektiver Ebene gute Ergebnisse im Sinne einer Besserung. Sie ist dabei eine schonende Therapieform, die ohne Risiken einer Operation gleichzeitig an mehreren Gelenke vorgenommen und gegebenfalls wiederholt werden kann. Sie bietet damit somit eine gute Therapie-möglichkeit im Rahmen der interdisziplinären Behandlungsformen dar.
Der neuartige (18)F-markierte Tracer, LMI1195 (N-[3-bromo-4-(3-(18)F-fluoro-propoxy)-benzyl]-guanidine) wurde für die Bildgebung des sympathischen Nervensystems entwickelt; die hohe Spezifität dieses Tracers für den neuralen Uptake-1 Mechanismus wurde bereits gezeigt in Zell-Versuchen, sowie in Studien mit Kaninchen- und nicht menschlichen Primaten zur Bestimmung des kardialen Tracer-Uptakes. Das Ziel dieser Studie war es, die Mechanismen des kardialen (18)F-LMI1195-Uptakes in der Ratte zu untersuchen, von der bekannt ist, dass es neben dem Uptake-1 Mechanismus weitere Arten der Noradrenalin-Aufnahme im Herzen gibt.
Stürze im Alter stellen ein ernstzunehmendes und häufiges Geschehen im Alter dar. Die Gründe sind multifaktoriell bedingt, wobei die Sarkopenie einen wichtigen Stellenwert einnimmt.
Eine an der Universität Würzburg entwickelte Bodenreaktionskraftmessplatte ermöglicht die Erfassung von Muskelkraft und Muskelleistung während natürlicher Bewegungsabläufe wie Kniebeugen oder Aufstehen von einem Stuhl.
In dieser Pilotstudie wurde untersucht, ob dieses Messverfahren als Screeningmethode
zur Erkennung von Muskelkraft und -leistungsdefiziten geeignet ist und ob ein Zusammenhang mit einem erhöhten Sturzvorkommen besteht. Bei 459 zu Hause lebenden mobilen Senioren zwischen dem 50. und 80. Lebensjahr wurde die Muskelkraft und Muskelleistung der unteren Extremitäten erfasst. Zudem wurden in einem Fragebogen Sturzrisikofaktoren und Stürze der letzten 12 Monate ermittelt.
Die Befunde zum Abbau von Muskelkraft und -leistung decken sich mit der gegenwärtigen Studienlage. Im Zusammenhang mit den angegegebenen Stürzen könnte anhand der Ergebnisse insbesondere die Muskelleistung eine Screeningmethode zur Einschätzung des Sturzrisikos darstellen. Weiterführende Studien scheinen anhand der Ergebnisse gerechtfertigt.
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.
Das frühzeitige Erkennen psychoonkologischer Belastungen ist Bestandteil des optimalen therapeutischen Managements von Tumorpatienten. Nur wenige, widersprüchliche Studien untersuchten bisher das psychische Befinden im Verlauf einer PET/CT. Bezogen auf das Prostatakarzinom gibt es bislang keine spezifische Studie, obwohl es die häufigste onkologische Erkrankung des Mannes darstellt. Aufgrund der insgesamt guten Prognose wird von einer geringeren psychischen Belastung ausgegangen. Mithilfe dieser Studie sollte durch Kombination etablierter Fragebögen das psychische Befinden im Verlauf der PET/CT explorativ untersucht werden.
Von Oktober 2018 bis Februar 2020 wurde 531 männlichen Patienten der Nuklearmedizin des Universitätsklinikums Würzburg die Teilnahme angeboten. N = 85 Patienten (n = 38 Patienten mit Prostatakarzinom sowie n = 47 Patienten mit anderen malignen Erkrankungen) stimmten einer vollständigen Teilnahme zu. Es wurden zwei Messzeitpunkte (T1 nach Durchführung der PET/CT; T2 nach Ergebnismitteilung) festgelegt. Als Messinstrumente wurden der PA-F-KF, QUICC, DT, STAI-X1, PANAS und ein Selbsteinschätzungsbogen verwendet.
24 % (T1) bzw. 35 % (T2) der Patienten mit Prostatakarzinom gaben eine dysfunktionale Progredienzangst an, 55 % (T1+T2) eine pathologische psychische Belastung. 53 % (T1) bzw. 50 % (T2) der Patienten zeigten eine relevant erhöhte Zustandsangst.
Die Progredienzangst stieg nach Ergebnismitteilung an (p = 0,048; η² = 0,106), die Ungewissheit über den Stand der Erkrankung (p = 0,014; η² = 0,165) und Bewältigbarkeit des Alltags (p = 0,016; η² = 0,163) reduzierten sich. Allgemeine Ängste wie die Zustandsangst, der Distress und negative Affekte veränderten sich nicht. PSA-Werte ohne bildmorphologisches Korrelat lösten eine größere Unsicherheit bezüglich des aktuellen Krankheitszustandes aus (p = 0,029; η² = 0,128). Jüngere Patienten zeigten vor (p = 0,005; η² = 0,207) und nach (p = 0,001; η² = 0,290) Ergebnismitteilung eine höhere Angst um ihre Berufstätigkeit und gaben eine geringere Erleichterung nach Ergebnismitteilung (p = 0,016; η² = 0,165) an.
Als Limitationen sind die geringe Fallzahl und Teilnahmequote, multiple Testung und fehlende Erfragung psychischer Erkrankungen zu beachten.
Insgesamt zeigen sich eine hohe psychische Belastung und Ängste im Verlauf der PET/CT. Patienten mit Prostatakarzinom sind zu diesem Zeitpunkt nicht weniger belastet als Patienten mit anderen malignen Erkrankungen.
Ziel vorliegender Studie war die Einflussfaktoren der Radioiodtherapie bei der Autoimmunthyreopathie vom Typ M. Basedow insbesondere im Hinblick auf die prätherapeutische thyreostatische Therapie aufgrund der unklaren Datenlage zu erfassen. Der Einfluss von Geschlecht, Alter, Schilddrüsenvolumen, applizierter Aktivität, erzielter Dosis, Uptake und verschiedener Laborparameter, wie TSH, fT3, fT4 wurde untersucht. Aus einem Kollektiv von 465 Patienten konnten 283 als Ersttherapierte identifiziert werden und weitern uni-und multivariater Analyse unterzogen werden. Als Therapieerfolg definiertn wir Patienten, deren TSH- Spiegel ohne Medikation im Normbereich lag, als auch jene, die unabhängig vom TSH-Spiegel nach Radioiodidtherapie eine hypothyreote Stoffwechsellage aufwiesen und substituiert werden mussten. Die Erfolgsquote betrug 86,6%. Unsere Ergebnisse der univariaten Analyse erlauben den Schluss, dass sowohl die erzielte Dosis, das Schilddrüsenvolumen, die applizierte Aktivität, sowie der Uptake relevante Einflussfaktoren einer Radioiodtherapie sind. Die simultane thyreostatische Therapie zeigte weder in uni- noch multivariater Analyse signifikante Unterschiede bezüglich einer erfolgreichen Radioiodtherapie. Eine um 5% niedrigere Erfolgsrate unter simultaner Thyreostase, sowie die Ergebnisse multivariater Betrachtungen deuten jedoch auf einen tendentiellen Einfluss hin. Als Konsequenz für die routinemässige Durchführung einer Radioiodtherapie erscheint es sinnvoll, in Einzelfällen die thyreostatische Medikation frühzeitig vor einer Radioiodtherapie abzusetzen. Eine Beurteilung hinsichtlich des Langzeiterfolges sollte frühestens nach 1 Jahr erfolgen.
Im Zuge der Bemühungen um neue, tumorspezifische Therapieansätze für die Myelomerkrankung hat sich der C-X-C-Chemokinrezeptor 4 (CXCR4) aufgrund seiner zentralen Rolle in der Tumorgenese als vielversprechender Angriffspunkt hervorgetan. Im Sinne eines theranostischen Konzepts wird der Rezeptor mithilfe eines radioaktiv markierten Liganden quantifiziert und anschließend von rezeptorspezifischen Radiotherapeutika als Zielstruktur genutzt. Die CXCR4-Expression ist allerdings ein höchst dynamischer Prozess mit großer inter- und intraindividueller Heterogenität, der u.a. durch eine begleitende Chemotherapie beeinflusst werden kann. Ob sich therapieinduzierte Veränderungen der Rezeptorexpression gezielt nutzen lassen, um die CXCR4-Expression zu optimieren und so die Effektivität der CXCR4-gerichteten Strategien zu steigern, wurde bislang nicht untersucht.
Vor diesem Hintergrund wurden in der vorliegenden Arbeit verschiedene, in der Myelomtherapie etablierte Substanzen sowohl einzeln als auch in Kombination hinsichtlich ihres Einflusses auf die CXCR4-Expression von MM-Zelllinien und primären MM-Zellen unter in vitro Bedingungen analysiert.
In den durchgeführten Experimenten zeigte sich eine hohe Variabilität der CXCR4-Expression der MM-Zellen nach Therapieinduktion, die sich als substanz-, dosis- und zeitabhängig herausstellte. Die Ergebnisse bestätigten das große Potenzial der therapieinduzierten Modulation der CXCR4-Expression. Im weiteren Verlauf sind translationale Forschungsansätze gerechtfertigt, die die Übertragbarkeit der in vitro gewonnenen Ergebnisse auf die komplexen Vorgänge im lebenden Organismus überprüfen. Langfristiges Ziel ist der Entwurf eines patientenzentrierten, multimodalen Therapiekonzepts, welches das CXCR4-gerichtete theranostische Konzept mit einer individuell angepassten, medikamentösen MM-Therapie kombiniert.
Das Multiple Myelom (MM) ist eine maligne hämatologische Erkrankung, die trotz großer Fortschritte in der Therapie immer noch eine schlechte Prognose hat.
Bisher ist es nicht möglich, mit einem bildgebenden Verfahren alle Fragen der Diagnostik, der Stadieneinteilung, des Therapiemonitorings und der Evaluation der Prognose des Multiplen Myeloms zu klären. Da es sich beim Multiplen Myelom aber um eine stark heterogene Erkrankung handelt, die eine frühzeitige individuelle Therapie erfordert, ist es unbedingt nötig Verfahren zu entwickeln, die eine spezifische Charakterisierung der Erkrankung bei jedem einzelnen Patienten ermöglichen.
In der vorliegenden Arbeit wurden die MM-Zelllinien INA-6, MM.1S und OPM-2 mit dem Proteasominhibitor MLN9708 behandelt. Behandelte und unbehandelte Zellen wurden mit dem Standardtracer 2-[18F]-Fluoro-2-Desoxy-D-Glukose (18F-FDG) oder dem in der Anwendung beim Multiplen Myelom neuen Aminosäuretracer [11C]-Methionin (11C-MET) inkubiert und die Aufnahme der Tracer zu bestimmten Zeitpunkten gemessen. Des Weiteren wurde die Ausprägung biologischer Merkmale der MM-Pathogenese bei behandelten und unbehandelten Zellen untersucht. Anschließend wurde ermittelt, ob ein Zusammenhang zwischen der Höhe der Traceraufnahme und der Ausprägung biologischer Merkmale der MM-Pathogenese bei behandelten und unbehandelten Zellen besteht.
Hierdurch soll geklärt werden, ob 11C-MET besser zur Diagnostik, dem Therapiemonitoring und der Evaluation der Prognose des Multiplen Myeloms geeignet ist als der Standardtracer 18F-FDG.
Es zeigte sich eine signifikant höhere 11C-MET-Aufnahme sowohl unbehandelter als auch behandelter Zellen im Vergleich zu 18F-FDG. Außerdem war eine Unterscheidung zwischen behandelten und unbehandelten Zellen mit 11C-MET besser möglich als mit 18F-FDG. Zwischen Traceraufnahme und biologischen Merkmalen der MM-Pathogenese, wie Proliferation, Expression von intrazellulären Leichtketten, CXCR4 und CD138, ergaben sich für behandelte und unbehandelte Zellen variable Zusammenhänge.
Die Ergebnisse legen nahe, dass 11C-MET besser zur Diagnostik und zum Therapiemonitoring des Multiplen Myeloms geeignet ist als der Standardtracer 18F-FDG.
Ob 11C-MET auch zur Stadieneinteilung und zur Evaluation der Prognose des Multiplen Myeloms besser geeignet ist als 18F-FDG, muss in weiteren Studien untersucht werden.
Einleitung: Ultraschall wird seit mehr als 50 Jahren in der Medizin eingesetzt und ist mittlerweile ein unverzichtbares diagnostisches Verfahren, es erlaubt eine nicht-invasive Darstellung der Morphologie und Funktion von Organen in Echtzeit. In der Kleintierbildgebung dominieren bisher zur morphologischen Bildgebung Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT). Daher wurde in der vorliegenden Arbeit die Idee entwickelt, die morphologischen Informationen des 3D-Ultraschalls (3D-US) für Untersuchungen an Kleintieren zu verwenden, außerdem sollten Methoden zur multimodalen Bildgebung und Bildfusion von 3D-US und Kleintier-Positronenemissionstomographie (PET) entwickelt werden. Der Vorteil des Ultraschalls gegenüber dem Kleintier-CT liegt in der fehlenden Strahlenbelastung und der guten Verfügbarkeit, was besonders für Verlaufsstudien von Interesse ist. Methoden und Ergebnisse: Zur Bildoptimierung wurde ein Fadenphantom entwickelt, welches aufgrund der feinen Strukturen die qualitative als auch quantitative Bestimmung der Auflösung ermöglicht. Die Vorarbeiten am Fadenphantom konnten exzellent die Probleme des 3D-Ultraschalls mit der achsenabhängigen Auflösung zeigen und ermöglichten eine schnelle Beurteilung der Bildqualität. Hier bestehen Einsatzmöglichkeiten in der Bewertung verschiedener Ultraschallgeräte bezüglich der Tauglichkeit für 3D-Datenaquisition. Zur reproduzierbaren Lagerung von Mäusen wurde eine Schallkopfführung ein sowohl für 3D-US als auch Kleintier-PET kompatibler Tierhalter entwickelt. Die Maus lag zur Untersuchung im angewärmten Wasserbad auf dem Tierhalter fixiert, mit Inhalationsanästhesie und Sauerstoff über eine Atemmaske versorgt. Der Zeitaufwand für eine 3D-US-Untersuchung betrug für die Akquisition etwa eine Minute. Die generierten Ultraschalldatensätze waren von guter Qualität, Strukturen wie Leber, Nieren, Blase, Wirbelsäule und Lunge konnten selbst bei kleinen Mäusen von unter 20 Gramm Körpergewicht gut dargestellt werden. Zur Validierung des 3D-Ultraschalls wurde das Volumen verschiedener Organe und Tumore bestimmt und mit dem Goldstandard verglichen. Um die Koregistrierung mit der Kleintier-PET zu ermöglichen, wurden auf dem Tierhalter drei „fiducial markers“ angebracht, die Position und Orientierung eindeutig definieren. Die Kleintier-PET-Untersuchungen wurden nach standardisierten Protokollen durchgeführt. Die anschließende Bildfusion erfolgte mittels der frei verfügbaren Software "Amide". Diskussion: Mit dem in dieser Arbeit beschriebenen Verfahren ist eine standardisierte Gewinnung von 3D-US-Datensätzen an Kleintieren möglich; zusätzlich konnte die Machbarkeit der Bildfusion mit PET-Datensätzen gezeigt werden. Der Einsatz des 3D-Ultraschalls in longitudinalen Studien, zum Beispiel zur Beurteilung der Tumorprogression, ist vorstellbar. Die Zuverlässigkeit der volumetrischen Berechnungen ist für größere Organvolumina gut, bei kleineren Volumina besteht noch Optimierungsbedarf. Weitere Verbesserungen könnten durch den Einsatz von speziellen Schallköpfen und höheren Schallfrequenzen erzielt werden.
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.
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.
Deutschland gilt bisher immer noch als Iodmangelgebiet, obwohl in der letzten Zeit einige Studien eine deutliche Verbesserung der Iodversorgung in der deutschen Bevölkerung zeigten. Allerdings wurde der Großteil dieser Untersuchungen nicht gemäß den epidemiologischen Kriterien der WHO, UNICEF und ICCIDD durchgeführt, was zu einem Selektionsbias im Hinblick auf die Einschätzung der Strumaprävalenz führte. Die ideale Zielgruppe für die Beurteilung der aktuellen Iodversorgung einer Population sind Kinder im Schulalter zwischen 7 und 17 Jahren, weil die kindliche Schilddrüse sehr viel empfindlicher auf Veränderungen in der Iodzufuhr reagiert, und Schulkinder leicht in großer Zahl repräsentativ untersucht werden können. Gleichzeitig werden dabei auch verschiedene soziale Bevölkerungsschichten abgedeckt. An der Würzburger Studie nahmen 591 Kinder teil. Dabei handelte es sich um 268 Mädchen und 323 Jungen im Alter von 7 bis 17 Jahren. Es wurden folgende Daten erhoben: Schilddrüsenvolumen mit Hilfe der Sonographie, Iodkonzentration im morgendlichem Mittelstrahlurin, Körpergewicht, Größe, Geschlecht und Alter. Der Median der Iodkonzentration im Urin lag bei 183 µg/L. Der Anteil an Urinproben mit Iodkonzentrationen unter 100µg/L bzw. unter 50µg/L betrug 15,4% (Ziel nach WHO: <50%) bzw. 4,3% (Ziel nach WHO: <20%). 17,3 % der Proben enthielten hohe Konzentrationen über 300µg/L. Damit sind alle Kriterien der WHO hinsichtlich einer ausreichenden Iodzufuhr erfüllt. Der Grund für diese deutliche Verbesserung ist zum einen darin zu sehen, daß fast alle Familien ( 97%) im Haushalt Iodsalz verwenden und 19,6% aller Kinder regelmäßig Iodtabletten einnehmen. Zum anderen basiert die mittlerweile normale Iodversorgung wohl hauptsächlich auf dem fast ausschließlichen Einsatz von Iodsalz in der Lebensmittelindustrie (Bäcker und Metzger). In Bezug auf die Referenzwerte der Schilddrüsenvolumina der WHO/ICCIDD ergab sich für die Würzburger Schulkinder eine Strumaprävalenz von 0,2%, sowohl in Relation zu Alter und Geschlecht, als auch zu Körperoberfläche und Geschlecht. Im Vergleich mit den 97. Perzentilen der ursprünglichen Normdaten von Gutekunst und Martin-Teichert errechnete sich wie statistisch zu erwarten war eine Kropfhäufigkeit von 3%. Damit sind die Schilddrüsenvolumina der Würzburger Schulkinder vergleichbar mit den aktuellen Werten von Kindern mit ausreichender Iodversorgung sowohl aus der Schweiz, als auch aus dem Raum Berlin und Leipzig. Deutschland ist deshalb wahrscheinlich nicht länger als ein Land mit einer Iodmangelsituation anzusehen, wenngleich diese Daten durch weitere flächendeckende Studien an Kindern untermauert werden müssen. Die Würzburger Untersuchung und die meisten der anderen aktuell veröffentlichten Studien an Schulkindern mit ausreichender Iodversorgung geben zudem Grund zur Annahme, daß die Referenzwerte der WHO/ICCIDD für die Schilddrüsenvolumina zu hoch angesetzt sind, was mittlerweile von Seiten der WHO korrigiert wird.
Das Prostatakarzinom (PCa) stellt derzeit in Deutschland die häufigste Krebserkrankung der männlichen Bevölkerung dar und steht bei den tödlich verlaufenden Malignomen an zweiter Stelle. Aktuell umfasst die Diagnostik immer öfter auch eine molekulare Bildgebung mittels PET/CT und den Tracern [18F]Cholin und [68Ga]PSMA. Letzterer detektiert selektiv das prostataspezifische Membranantigen (PSMA), welches in Prostatakarzinomzellen häufig überexprimiert ist. Das Wachstum von PCa geschieht in der Regel androgenabhängig, wobei sich auch teilweise eine androgenunabhängige Entwicklung findet. Für das bei kastrationsresistenten Karzinomen und fortgeschrittenen Stadien eingesetzte Chemotherapeutikum Docetaxel, werden immer wieder Resistenzentwicklungen beobachtet, wodurch dieses nur unzureichend effektiv ist. Ziel dieser Arbeit war es, die Eignung verschiedener PET-Tracer ([18F]FDG, [18F]Cholin und [68Ga]PSMA) zur Bildgebung androgenabhängiger und -unabhängiger Prostatakarzinomzellen zu testen sowie ihr Potential zur Beurteilung des Therapieansprechens auf Docetaxel zu untersuchen. Weiterhin sollte untersucht werden, ob die [68Ga]PSMA-Retention mit der PSMA-Expression korreliert. Im zweiten Teil wurde ein Zusammenhang zwischen der Expression von PSMA und der Resistenzentwicklung gegen Docetaxel untersucht.
Methoden: Für die in-vitro Experimente wurden die hormonabhängige Zelllinie LNCaP sowie die hormonunabhängige Zelllinie LNCaP C4-2 verwendet. Im zweiten Teil wurden zusätzlich PSMA-negative PC-3 Zellen eingesetzt. Die aufgenommene bzw. gebundene Traceraktivität wurde mittels Gammacounter gemessen. Die Untersuchung der PSMA-Expression erfolgte mit Western-Blot und Durchflusszytometrie. Ein PSMA-Knockdown-System wurde mittels siRNA in LNCaP-Zellen etabliert.
Ergebnisse: Die PSMA-Expression und die Sensitivität gegenüber Docetaxel waren bei LNCaP Zellen tendenziell erhöht gegenüber der LNCaP C4-2 Zelllinie. Nach Docetaxelbehandlung zeigte sich in beiden Zellreihen eine unveränderte PSMA-Expression. Der PSMA-spezifische PET-Tracer zeigte, im Vergleich zu den metabolischen Tracern [18F]FDG und [18F]Cholin, eine nur sehr geringe Retention. Im Vergleich der Zelllinien untereinander nahmen LNCaP C4-2 Zellen ca. 50 % mehr [18F]FDG auf als LNCaP Zellen. Die Aufnahme von [18F]Cholin unterschied sich nicht signifikant. Der Tracer [68Ga]PSMA zeigte eine höhere Bindung an LNCaP Zellen im Vergleich zu LNCaP C4-2 Zellen. In weiteren Versuchen konnte gezeigt werden, dass sowohl [18F]FDG als auch [18F]Cholin, nicht jedoch [68Ga]PSMA in vitro ein Therapieansprechen auf Docetaxel durch verminderte Traceraufnahme in beiden Zelllinien aufzeigen. Es konnte zudem eine direkte Korrelation zwischen der [68Ga]PSMA-Bindung und der PSMA-Expression nachgewiesen werden.
Nach einer siRNA-vermittelten Verminderung der PSMA-Expression in LNCaP Zellen (Knockdown-Zellen) zeigte sich eine deutlich geringere Sensitivität für Docetaxel. Gleichzeitig war jedoch die Docetaxelsensitivität von PSMA-negativen PC-3 Zellen höher als die von LNCaP Knockdown-Zellen.
Schlussfolgerung: Insgesamt zeigten unsere Untersuchungen, dass sich die PET-Tracer [18F]FDG und [68Ga]PSMA zur Unterscheidung des androgenabhängigen Zellmodells vom androgenunabhängigen Modell eignen. Außerdem ermöglicht der [68Ga]PSMA-Tracer eine Einschätzung der PSMA-Expression. Die Tracer [18F]FDG und [18F]Cholin eignen sich in vitro für die Beurteilung des Therapieansprechens einer Docetaxeltherapie, [68Ga]PSMA dagegen nicht. Die PSMA-Expression scheint ein entscheidender, aber nicht alleinstehender Faktor für die Sensitivität von LNCaP Zellen gegenüber Docetaxel zu sein. Es scheinen hierbei allerdings eher der Verlust von PSMA, wie im Knockdown-Modell induziert, sowie bislang unbekannte Faktoren eine wichtige Rolle zu spielen.
Purpose
Repeat surgery in patients with primary hyperparathyroidism (pHPT) is associated with an increased risk of complications and failure. This stresses the need for optimized strategies to accurately localize a parathyroid adenoma before repeat surgery is performed. However, evidence on the extent of required diagnostics for a structured approach is sparse.
Methods
A retrospective single-center evaluation of 28 patients with an indication for surgery due to pHPT and previous thyroid or parathyroid surgery was performed. Diagnostic workup, surgical approach, and outcome in terms of complications and successful removement of parathyroid adenoma with biochemical cure were evaluated.
Results
Neck ultrasound, sestamibi scintigraphy, C11-methionine PET-CT, and selective parathyroid hormone venous sampling, but not MRI imaging, effectively detected the presence of a parathyroid adenoma with high positive predictive values. Biochemical cure was revealed by normalization of calcium and parathormone levels 24-48h after surgery and was achieved in 26/28 patients (92.9%) with an overall low rate of complications. Concordant localization by at least two diagnostic modalities enabled focused surgery with success rates of 100%, whereas inconclusive localization significantly increased the rate of bilateral explorations and significantly reduced the rate of biochemical cure to 80%.
Conclusion
These findings suggest that two concordant diagnostic modalities are sufficient to accurately localize parathyroid adenoma before repeat surgery for pHPT. In cases of poor localization, extended diagnostic procedures are warranted to enhance surgical success rates. We suggest an algorithm for better orientation when repeat surgery is intended in patients with pHPT.
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.