Positronen-Emissions-Tomographie

Hirntumordiagnostik mittels Aminosäure-PET

  • Abb. 1: Prinzip der Positronen-Emissions-TomographieAbb. 1: Prinzip der Positronen-Emissions-Tomographie
  • Abb. 1: Prinzip der Positronen-Emissions-Tomographie
  • Abb. 2: Darstellung eines Hirntumors (Astrozytom Grad III), der auf den korrespondierenden MRT Aufnahmen nicht abzugrenzen ist.
  • Abb. 3: Darstellung eines Hirntumors (Glioblastom), der in den MRT Aufnahmen vom umliegenden Ödem (Wassereinlagerung) nicht abzugrenzen ist. Die FET PET zeigt das Tumorgewebe genauer und ermöglicht die Entnahme einer gezielten Gewebsprobe.

Bei der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) werden mittels intravenöser Injektion von radioaktiv markierten Tracern Stoffwechselvorgänge im Körper bildlich dargestellt. Bei Hirntumorpatienten kann diese metabolische Bildgebung, ergänzend zum Standardverfahren der anatomischen Darstellung mittels Magnetresonanztomographie (MRT), zusätzliche Informationen zu Ausdehnung, Malignität, Therapieansprechen des Tumors und zur Diagnostik von Rezidiven liefern.

Die Methode
In der PET wird der radioaktive Zerfall von Positronen-Strahlern gemessen. Der Tracer, oder Radiopharmakon, kann ein radioaktiv markierter Rezeptorligand oder ein Molekül sein, das von Körperzellen aufgenommen wird, wie Zucker oder Aminosäure. In der Hirntumordiagnostik hat sich in den letzten Jahren die 18F-markierte Aminosäure O-(2-[F-18]Fluorethyl)-L-tyrosin (FET) bewährt und kann aufgrund der relativ langen Halbwertszeit von 109 Minuten vom Herstellungsort über einige hundert Kilometer zu anderen nuklearmedizinischen Zentren transportiert werden. Der Tracer wird intravenös injiziert und von Tumorzellen über einen Aminosäuretransporter vermehrt aufgenommen. Zerfällt ein Positronen-Strahler, so wird ein Positron emittiert, welches auf einer Strecke von etwa 0,5-2 mm seine Energie abgibt, bis es mit seinem Anti-Teilchen, dem Elektron, kollidiert und dabei die Vernichtungsstrahlung in Form von zwei Photonen mit einer Energie von je 511 keV in einem Winkel von 180° abgestrahlt wird. Treffen diese beiden Photonen gleichzeitig auf zwei gegenüberliegende Detektorkristalle des PET-Scanners, kann die Position des Zerfalls im Körper bestimmt werden. Regionen mit hoher FET-Aufnahme, wie z.B. Hirntumore, können so dynamisch über den gesamten Zeitraum der PET-Messung (etwa 60 min) dargestellt und von Gewebe mit geringer Anreicherung abgegrenzt werden. Alternativ ist eine statische Einzelaufnahme von etwa 20 bis 40 Minuten nach Tracerinjektion möglich, welche die Messung von einer höheren Anzahl Patienten im gleichen Zeitraum möglich macht.

Diese liefert jedoch auf Grund fehlender Dynamik weniger Informationen über den Metabolismus im Tumor. Für eine optimale Darstellung des Tumors in seiner strukturellen Umgebung werden die metabolischen Bilddaten aus einer PET-Untersuchung zumeist mit den anatomischen Daten einer MRT-Messung fusioniert und verglichen.

Anwendung in der Hirntumordiagnostik
Das Standardverfahren zur Diagnostik von Hirntumoren ist heute die MRT mit Kontrastmittelgabe. Jedoch sind viele Hirntumoren mit dieser Methode nur unzureichend von gesundem Gewebe abzugrenzen und es kann durch therapeutisch bedingte Veränderungen zu unspezifisch erhöhter Kontrastmittelanreicherung kommen. Die Bestimmung der Tumorausdehnung für die Planung einer Operation und/oder Strahlentherapie sowie die Beurteilung des Therapieerfolgs sind dann erschwert. Mit der Methode der FET PET kann der Bereich der höchsten Stoffwechselaktivität im Tumor für die optimale Führung einer Gewebsbiopsie bestimmt werden, so dass die Art des Tumors und seine Malignität mit größerer Sicherheit beurteilt werden können. Die histologische Beurteilung ist für das therapeutische Vorgehen ausschlaggebend und trägt somit direkt zu einer optimalen Behandlung der Tumorpatienten bei. Auch die verbesserte Darstellung der Tumorausdehnung, im Vergleich zum MRT, erhöht die Chancen einer optimalen Entfernung des Tumors, wenn eine chirurgische Entfernung möglich ist. Im Rahmen der Verlaufskontrolle ist die Anreicherung von FET spezifischer als die Kontrastmittelanreicherung in der MRT und erlaubt eine genauere Beurteilung des Therapieerfolgs. Ein Beispiel hierfür ist die erhöhte Kontrastmittelaufnahme in einer Radionekrose nach einer Strahlentherapie, die oft nur im FET PET von einer Tumorprogression oder einem Rezidiv zu unterscheiden ist. Nicht notwendige Therapien und deren Nebenwirkungen können so mit Hilfe der FET PET vermieden werden. Umgekehrt kann eine verdeckte Tumorprogression bei bestimmten Medikamenten, die auf die Bluthirnschranke wirken und somit die Kontrastmittelaufnahme in der MRT reduzieren, mit der FET PET frühzeitig aufgezeigt und alternative Therapien eingeleitet werden.

Prognostische Bedeutung der FET PET
Eine definitive Diagnose durch optimierte Biopsieführung, die über die Wahl der Therapie entscheidet sowie deren Verlaufskontrolle sind wichtige Faktoren für eine bestmögliche Behandlung des Patienten. Während eine geringe FET-Anreicherung bei niedergradigen Hirntumoren ein prognostisch günstiges Zeichen ist, ist die Bedeutung des Anreicherungsgrades zur Einschätzung des Malignitätsgrades bei anderen Tumoren wenig hilfreich. Das Verhältnis der Menge der FET-Anreicherung im Tumor zur Anreicherung im gesunden Gewebe, der sogenannte Tumor-Hirn-Quotient, ist ein Anhaltspunkt, jedoch kein sicheres Kriterium zur Einschätzung des Malignitätsgrades. Der Überlappungsbereich dieses Wertes ist zwischen den verschiedenen Malignitätsgraden (WHO I - IV) und unterschiedlichen Tumortypen so groß, dass meist keine individuelle Zuordnung getroffen werden kann. Einige Studien weisen jedoch auf einen Zusammenhang zwischen der Tracerkinetik im Tumor und dem Malignitätsgrad hin: Steigt die Konzentration von FET im Tumor über den Zeitraum der Messung stetig an, so spricht dies eher für einen niedergradigen Tumor. Wenn der Zeitpunkt der höchsten FET-Anreicherung bereits nach 15 bis 20 Minuten erreicht ist und danach wieder abfällt handelt es sich in der Regel um einen hochgradigen Tumor. Die Progression zu einem höhergradigen Tumor konnte in einigen Fällen mit der Veränderung einer ansteigenden zu einer abfallenden Kinetik in Verbindung gebracht werden. Allerdings kann die Anreicherungskinetik bei bestimmten Tumortypen abweichen. Des Weiteren ist der Einfluss von Therapien und Medikamenten auf die Kinetik weitgehend ungeklärt, sodass es weiterer Studien bedarf um die prognostische Bedeutung der FET-Kinetik sowie deren Bedeutung für die Therapiekontrolle sicherer beurteilen zu können.

Wissenschaftliche Studien
Neben retrospektiven und prospektiven Patientenstudien, die die diagnostische Aussagekraft der FET PET untersuchen und stetig neue Erkenntnisse liefern, finden in Bezug auf spezielle Fragestellungen ebenfalls tierexperimentelle Studien statt. In enger Anlehnung an Fragestellungen aus der klinischen Praxis, die aus ethischen Gründen nicht an Patienten geklärt werden können, wird der Anreicherungsmechanismus des Tracers, die Beeinflussung der Traceraufnahme durch Medikamente und eventuelle Wechselwirkungen mit der Aminosäurekonzentration im Blut (Nahrungsaufnahme) geprüft. Als Beispiel sei die Beeinflussung der Tracerkinetik durch Glukokortikoide genannt, welche zur Behandlung des Tumorödems bei Patienten regelmäßig zum Einsatz kommen. In aktuellen Experimenten unserer Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass sich die Anreicherungskinetik innerhalb eines Tumortyps bei wiederholten FET PET-Messungen nicht ändert, also reproduzierbar ist. Somit können die tumortragenden Tiere mit und ohne Gabe von Glukokortikoiden in einem Tier-PET untersucht werden und Veränderungen der Kinetik und des Tumor-Hirn-Quotienten verglichen werden. Durch anschließende histologische Untersuchungen kann geprüft werden, ob die FET-Verteilung durch die Medikation beeinflusst wird. Diese und ähnliche Erkenntnisse sind für die Beurteilung der FET PET bei Hirntumoren sehr wichtig, denn eine Fehlinterpretation der PET Daten kann die Wahl der Therapie beeinflussen und damit direkte Auswirkungen auf die Lebenserwartung und Lebensqualität eines Patienten haben.

Ausblick
Trotz stetiger Verbesserungen in der Diagnostik und Behandlung von Hirntumoren ist die Prognose unbefriedigend und die Überlebensdauer der Patienten kann bei hochgradigen Tumoren trotz intensiver Therapien oft nur um wenige Monate verlängert werden. Die zunehmende Verfügbarkeit der FET PET erleichtert, durch optimierte Biopsieführung, eine treffsichere Diagnose, ein verbessertes Therapiemonitoring und ein frühzeitiges Erkennen von Rezidiven. Jedoch ist die Methode noch kein Standardverfahren wie z. B. die MRT. FET ist bislang kein arzneimittelrechtlich zugelassenes Radiopharmakon und die Methode ist meist nur in Universitätskliniken oder Forschungseinrichtungen verfügbar; auch die Kostenübernahme durch die Krankenkassen ist nicht garantiert, obwohl verschiedene Studien bereits auf eine hohe Kosteneffizienz des Verfahrens hindeuten.

Weitere multizentrische Patientenstudien und tierexperimentelle Versuche sowie Bestrebungen, eine arzneimittelrechtliche Zulassung zu erreichen, lassen darauf hoffen, dass die FET PET in Zukunft häufiger für die Diagnose von Hirntumoren eingesetzt werden kann.

Weitere Beiträge zum Thema: http://bit.ly/GIT-Diagnostik
Mehr Informationen zur Magnetresonanztherapie: http://bit.ly/GIT-MRT

 

Autor(en)

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Forschungszentrum Jülich - Institut für Festkörperforschung
Leo-Brandt-Strasse
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Telefon: +49 2461 610

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