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Der gläserne Patient
Münchner Wissenschaftstage26. Oktober 2004
M. Schwaiger, S. Nekolla, E. RummenyKlinikum rechts der Isar
Medizintechnik
Forschungs-ClusterTUM – „Biomedical Engineering“
Life Science ElektronikBioanaloge Informationsverarbeitung
Biologische Bildgebung
Medizinische Informationstechnik
& RobotikMinimal-
Invasive Chirurgie-
Biotechnologie /Biomaterialien& Biotooling
Studiengang MedizintechnikMedizin
TUMMRI – DHZMediTUM
Industriekooperationen
Bildgebende Verfahren in der Medizin
• Diagnose Früherkennung, Schweregrad und Ausdehnung
von Erkrankungen• Risikoabschätzung Abwägung von Therapieentscheidungen, Kosteneffektivität der Behandlung• Therapieplanung und -überwachung Optimierung der Behandlung Beurteilung des Therapieansprechens
Geschichte der Bildgebung
• 1895: W. C. Röntgen- Eine neue Art von Strahlen• 1896: Haschek, Lindenthal- Erste Gefäßdarstellung• 1943: von Hevesy- Tracermethode mit Radioisotopen• 1968: Hounsfield- Prinzipen der Computer-Tomograpie (CT)• 1973/78: Lauterbur, Mansfield- Magnetresonanz-Tomographie ( MRT)• 1976/78: Terpergossian, Phelps, Hoffmann- Positronen Emissions Tomographie (PET)
Anatomie
Biologie
Perfusion
StoffwechselRezeptoren
Gen Expression
Signal Transduktion Protein Interaktion
Zell-Therapie
Röntgen-Strahlen
Tracer Methoden(SPECT, PET)
AngiographiePumpfunktionComputertomographie
Magnet Resonanz Tomographie (MRT)
MR Spektroskopie
Ultraschall/SPECT PET
OpticalImaging
Entwicklung der Bildgebung Von Struktur zur Funktion
A. Haase, Würzburg
Kernspintomographie des schlagenden Herzens
Herz von der Maus (12Tesla)
Herz vom Menschen (1.5Tesla)Klinikum rechts der Isar (MRI)
GEORGE DE HEVESY
Some applications of isotopic indicators
Nobel Lecture, December 12, 1944
„The most remarkable results obtained in the study of the application of isotopic indicators is perhaps the discovery of the dynamic state of the body constituents. ...“
Positronen-Emissions-Tomographie PET
ist eine Methode zur Visualisierung der
Organfunktionen am Menschen mit radioaktiv markierten
Substanzen
18F-O
CH2OH
OH
OHOH
18F
Produktion von Radionukliden
über Kernreaktionen
Einbau dieser Radionuklide in
biologisch aktive Verbindungen
Applikationdsfertige Radiopharmaka
Zyklotron Chemische Synthese Radiopharmaka+ =
Molekulare Bildgebung
H H
OHO
H
H H
H2C OH
OH
OH
18F
O
OH
Zuckerstoff-wechsel
Zelle
Prinzipien der PET
Untersuchung des Zuckerstoffwechsel
markiertes Zuckermolekül
Was ist PET/CT ?Ein PET/CT Gerät ist die Kombination aus einem
Mehrschicht-CT und einem PET Scan und damit die Kombination aus
anatomischer und biologisch-funktioneller Bildgebung
• PET ist eine sehr empfindliche Methode Krebszellen im Körper zu erkennen
• PET erfaßt alle Organe in einer Untersuchung und bestimmt so exakt das Ausmaß der Krebserkrankung
• PET erfaßt frühzeitig das Ansprechenauf Therapie
Prinzipien der PET
PET bei Krebserkrankungen
PET bei Krebserkrankungen
Krebszellen unterscheiden sich von normalen Zellen durch einen hohen Zuckerstoffwechsel
Hintergrund
Lungenkrebs: gutes Ansprechen auf Therapie
vor Therapie
SUV0 10
nach 3 Wochennach 3 Monaten
PET-Untersuchung bei Krebserkrankungen
FDG uptake bei Non-Hodgkin Lymphomen : CHOP- Therapie
Frühe Therapiekontrolle mit FDG-PET
Römer, Hanauske et al.Blood 91:4464-71 (1998)
Tag 0Tag 7Tag 42
coronar
axial
Tag 0 Tag 7 Tag 42
K [m
l/100
g/m
in]
0
2
4
6
8
10
12
14
Non-Hodgkin Lymphom
FDG-PET nach Chemotherapie
Spaepen, Stroobants et al. J Clin Oncol 2001, 19:414-419
Prog
ress
ion
free
surv
ival
(%)
2 Jahre Überleben PET negativ 85% PET positiv 5%
FDG
Antikörper
Peptidrezeptoren
Enzyme
Rezeptoren Transporter
EnzymeNukleosides
Nukleosides
Integrine
mRNA DNA
Genom
Transkriptom
Proteom
Morphom
Molekulare Bildgebung
Darstellung von Tumor-Zelloberflächen Rezeptoren50 jähr. Männl. Patient mit metastasierten Carcinoid
Semann, Meisetschläger,Scheidhauer,Wester
Visualisierung der Zell Proliferation mit F18-Fluor Thymidin (FLT) bei
Ösophagus Carcinom
Tumor
Knochenmark
Multimodale Radiotherapie mit131IAZA od.64Cu-ATSM
Bestimmung der hypoxischen Zellfraktion
PrognoseindikatorIndividualisierung Tumortherapie
Sauerstoffarmut im Tumor (Hypoxie)
AdaptationhypoxischesZielvolumen
Selektion hypoxieadaptierter Therapieschemata(EPO, Carbogen-Therapie, Hydralazin, TPZ)
Chao et al. Int J Radiat Oncol Biol Phys (2001) 49:1171-1182
Strahlentherapie Planung
CT Cu-ATSM PET Fusion
PET Reporter Gen ImagingReporter Gen → Gen Produkt ← Reporter
Signal
VektorReporter GeneEnzyme
HSV1-TKHSV1-sr39TK
SubstrateFIAUFHBG
RezeptorD2R
SSTR
LigandenFESP
SST-Analogues
TransporterNa-I-SNET
Iodine HED
In vivo Experimente• intramyocardiale Injektion of 2.5*109 pfu
AdHCMV-TK (n=4) or AdHCMV-LacZ (control, n=4) in inferiore Wand des Herzens (perkutan, echo-überwacht)
AdHCM
V-TK
• intravenöse Injektion of I-125 FIAU 3 Tage später• Biodistribution, Autoradiographie, LacZ Staining
Darstellung der Gen-Expression im Herzen
LacZ-Staining
Autoradio-graphie
AdHCMV-LacZ AdHCMV-TK
Kontrolle Gen-Transfer
Zusammenfassung
• Medizinische Bildgebung hat sich zu einem sehr wichtigen Standbein nicht nur in der Diagnostik, sondern auch bei der Therapieoptimierung entwickelt
• Weiterentwicklungen bedürfen interdisziplinärer Kooperationen in der Gerätetechnik sowie in der Datenverarbeitung
• Molekulare Bildgebung verbindet biologische Grundlagenforschung mit Radiopharmazie, Physik und Chemie
• Die Medizintechnik an der TUM unterstützt einzigartig die Entwicklung und Anwendung von innovativer Bildgebung in interdisziplinären Forschungsprojekten